KR100780460B1 - The cooling and heating system of economic type by heatpumps - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 실시예로 히트펌프를 이용한 경제형 냉난방 시스템의 구성도.1 is a block diagram of an economical heating and cooling system using a heat pump in an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예로 도 1에서 제 1,2 매체저장부를 축열조로 사용하는 난방 시스템의 난방/급탕에 대한 계통 흐름도.Figure 2 is a system flow diagram for the heating / hot water supply of the heating system using the first and second media storage unit in the heat storage tank in Figure 1 as an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예로 도 1에서 제 1,2 매체저장부를 축냉조로 사용하는 냉방시스템의 냉방/급탕에 대한 계통 흐름도.3 is a system flow chart of the cooling / hot water supply of the cooling system using the first and second media storage unit in Figure 1 in the embodiment of the present invention as a cold storage tank.
도 4는 본 발명의 실시예로 도 1에서 제 1,2 매체저장부를 각각 축열조와 축냉조로 이원화시킨 냉방 및 난방용 냉,온수를 저장하는 시스템의 계통 흐름도.4 is a system flow diagram of a system for storing cooling and hot water for cooling and heating in which the first and second medium storage units are dualized into a heat storage tank and a heat storage cooling tank in FIG. 1 according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예로 지열처리부의 구조도.5 is a structural diagram of a geothermal treatment unit in an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시예로 도 5에 대한 A-A선 단면도.6 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. 5 in an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 실시예로 도 5에 대한 B-B선 단면도.7 is a cross-sectional view taken along the line B-B of FIG. 5 in an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 실시예로 축열조 또는 축냉조로 사용되는 매체저장부에 이중 구조의 디퓨저를 적용한 상태의 단면 개략도.8 is a schematic cross-sectional view of a dual structure diffuser applied to a medium storage unit used as a heat storage tank or a cold storage tank according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 다른실시예로 지열을 이용한 냉난방 시스템에 폐열의 열원을 제공하는 장치를 연결한 상태의 계통도.9 is a schematic diagram of a state in which a device for providing a heat source of waste heat is connected to a cooling and heating system using geothermal heat in another embodiment of the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1 ; 공기조화기 2 ; 난방부One ;
3 ; 급탕부 4 ; 펌프3; Hot
5 ; 히트펌프 10; 지열처리부5;
11; 공급관 12; 회수관11;
13; 단열재 21,22; 제 1,2 매체저장부13;
30A,30B,30C,30D; 디퓨저 31; 상판30A, 30B, 30C, 30D; Diffuser 31; Tops
32; 하판 33; 중간 격리판32;
40; 컨트롤밸브 50; 열 밸런스 처리부40;
51; 온도센서 52,53; 제 1,2 펌프51;
54,55; 제 1,2 개도밸브 60; 제어부54,55; First and
70,80; 제 1,2 압력유지부 71,81; 제 3,4 펌프70,80; First and second
72,82; 제 1,2 차압밸브 73,83 : 제 1,2 온도조절관72,82; 1st and 2nd
101; 하수조탱크 102; 폐열용 열교환기101; Sewage
201; 전력설비 301; 공기열 히트펌프201;
401; 급/배기 폐열회수부401; Supply / Exhaust Waste Heat Recovery
본 발명은 히트펌프를 이용한 냉난방 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하 게는 지열이나 폐열을 열원으로 하여 냉,난방을 수행하는 히트펌프 시스템에 있어, 냉수 및 온수의 경제적 생산과 잉여 열량을 효율적으로 처리할 수 있도록 하는 히트펌프를 이용한 경제형 냉난방 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling and heating system using a heat pump, and more particularly, in a heat pump system that performs cooling and heating using geothermal or waste heat as a heat source, to efficiently process cold water and hot water, and to produce excess heat efficiently. The present invention relates to an economical heating and cooling system using a heat pump.
일반적으로 히트펌프는 증발기, 압축기, 응축기 및 팽창밸브들로 구성되어 순환매체가 액화와 기화를 반복하게 하여 이와 연결된 기타 주변기기들을 통해 냉난방을 수행하도록 되어 있다.In general, the heat pump is composed of an evaporator, a compressor, a condenser and expansion valves so that the circulation medium repeats liquefaction and vaporization to perform heating and cooling through other peripherals connected thereto.
이러한 히트펌프는 전기에너지를 주 에너지원으로 하여 냉난방을 수행하고 있으나, 근래에는 에너지 절약의 차원에서 폐열 또는 지열(地熱)을 주 열원으로 하여 냉난방을 수행하고 있는 실정이다.Such heat pumps perform cooling and heating using electric energy as a main energy source, but recently, in order to save energy, the heat pump performs cooling and heating using waste heat or geothermal heat as a main heat source.
그러나, 이러한 에너지를 얻어 냉난방을 수행하고 있던 히트펌프가 고장 등의 원인으로 그 작동이 갑자기 정지되면, 냉난방을 수행하기 위한 전체 시스템도 따라서 멈추기 때문에 이를 사용하는 사용자에게 많은 고통을 수반하게 했던 문제가 있다.However, if the heat pump that is cooling and heating with such energy is suddenly stopped due to a failure or the like, the whole system for cooling and cooling is stopped accordingly, which causes a lot of pain for the user. have.
이에, 일부 사용자는 보일러 등을 포함한 냉난방 장치를 별도로 부설하여 이와 같은 히트펌프의 고장을 대비해 중복투자를 하고 있는 실정이다.Thus, some users are separately installing a heating and heating device including a boiler to make a duplicate investment in preparation for such a failure of the heat pump.
또한, 기존의 히트펌프는 이와 연결된 그 주변 기기들을 통해 쉼없이 에너지를 소비하며 작동되어 냉난방을 수행하고 있기 때문에 과도한 에너지의 사용으로 사용자에게 경제성 관련 부담을 주고 있는 것이 사실이다.In addition, since the conventional heat pump consumes energy and performs cooling and heating through its peripheral devices connected to it, it is true that excessive energy is used to burden the user with economical burden.
이에 종래에는 상기의 문제들을 보완하며, 국가적인 전력수급의 차원에서 심야전기를 이용한 축열식 히트펌프 시스템의 보급을 장려하고 있으며, 사용자도 저 렴한 심야전기를 적극 활용할수 있다는 점에서 긍정적으로 시장이 성숙되고 있다.Therefore, in the related art, the above-mentioned problems are supplemented, and the market is maturing positively in that users can actively utilize low-cost late-night electricity by supplying a thermal heat pump system using a night-time electric power in terms of national power supply. It is becoming.
그러나, 상기와 같이 축열조가 적용된 종래의 히트펌프 시스템은 모든 냉,온수 열량을 지열공에 100% 의존하여 처리하기 때문에 지열공의 용량 및 수량이 커지므로 시공비의 과다는 물론, 지하수 오염등 환경파괴에 악영향을 주는 단점이 있다.However, in the conventional heat pump system in which the heat storage tank is applied as described above, all the cold and hot water calories are processed 100% depending on the geothermal holes, so the capacity and quantity of the geothermal holes increase, resulting in excessive construction costs and environmental damage such as groundwater pollution. There is a disadvantage that adversely affects.
즉, 심야전기를 사용하기 위한 종래의 축열식 히트펌프 시스템에서, 히트펌프 가동시 지열공에서 100% 열량을 처리해야 하기 때문에 지열공의 회복속도(Recovery Time)가 지연시 시스템을 정상적으로 가동할 수 없고, 장비 COP(Coeficient of Performance)가 낮게 운전되며, 냉방이나 난방 중 한가지만 선택할 수 있도록 저장시설을 운용하므로 냉방,난방,급탕을 신축적으로 활용하지 못하며, 열저장부(축열탱크) 를 효율적으로 활용할수 없어 중복투자 등 축열시스템의 특성을 100% 발휘하지 못하는 단점이 있다.That is, in the conventional heat storage heat pump system for using the midnight electricity, since the recovery time of the geothermal hole is delayed, the system cannot be operated normally because the heat pump must process 100% of the heat from the geothermal hole when the heat pump is operated. The COP (Coeficient of Performance) equipment is operated at a low level, and the storage facility can be selected to select only one of cooling and heating. Therefore, the cooling, heating, and hot water supply cannot be used flexibly, and the heat storage unit (heat storage tank) can be efficiently used. There is a disadvantage in that it cannot be utilized 100% of the heat storage system such as redundant investment.
이에 종래에는 상기의 문제들을 보완하고자 2-Tank 방식의 히트펌프 시스템이 개시 되었지만, 난방시에는 냉수탱크(제 1 저장부)가 단순하게 지열 회수용 완충탱크로 이용되기 때문에 막대한 투자로 제작된 냉수저장시설(제 1 저장부)이 비효율적으로 사용되면서 온수저장시설(제 2 저장부)이 상대적으로 크게 설계되어야 하므로 시설투자면에서 비효율적으로 운용되고 있다.In the related art, a 2-tank heat pump system has been disclosed to compensate for the above problems. However, when the cold water tank (first storage unit) is simply used as a buffer for geothermal recovery, cold water produced by enormous investment is used. As the storage facility (first storage unit) is used inefficiently, the hot water storage facility (second storage unit) has to be designed relatively large, and thus it is inefficiently operated in terms of facility investment.
반면, 냉방시에도 냉수저장시설(제 1 저장부)에 냉수를 저장하면서 온수저장시설(제 2 저장부)에 필요 이상의 온수를 저장하고 온수열량을 처리하기 위해 100% 지열공에 의존하거나, 냉각탑(Cooling Tower)을 추가로 설치하는 등의 방법으로, 지열의 근본 취지에 부합되지 않으면서 투자비용만 크게 부담하는 단점이 있다. 이는 열밸런스를 고려하지 않고 시스템 개념만으로 설계하기 때문이며, 실질적으로 운용에 문제점이다.On the other hand, during cooling, cold water is stored in the cold water storage facility (first storage unit) while relying on 100% geothermal air to store more hot water in the hot water storage facility (second storage unit) and to process hot water calories, or cooling tower By additionally installing a cooling tower, it does not meet the basic intention of geothermal heat, and has a disadvantage in that the investment cost is large. This is because the system concept is designed only without considering the heat balance, and it is a practical problem in operation.
그로인해 현재 버퍼 개념의 소형탱크를 설치하거나 1개의 저장시설만으로 설치하는 것이 보편적 현실이며. 냉수와 온수의 사용 열량이 일치해야 하는 열 밸런스가 잡히지 않을 경우 히트펌프 가동을 중지하든지 냉방운전과 난방운전을 수시로 바꿀 수 밖에 없는 단점이 있다.As a result, the current reality is to install a small tank with a buffer concept or just one storage facility. If the heat balance of cold water and hot water use is not equal, the heat pump may be stopped or the cooling operation and the heating operation may be changed from time to time.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 히트펌프에 축열 또는 축냉 기능으로 사용되거나 또는 축열 및 축냉 기능으로 이원화되는 복수의 매체 저장부를 연결 구성하는 한편, 복수의 매체 저장부내에 각각 복수의 디퓨저를 구성함으로써, 축열조(또는 축냉조)의 동시 운전시 발생하는 온도 제어 불안 및 유량 불균형 문제를 해소하고, 지열 및 폐열 이용 설비의 최대 과제인 고효율 및 내구성을 갖추면서 시공비가 고가인점을 고려하여 축열식 양방향 에너지 활용시스템으로 장비 용량을 최소화하며, 냉수 및 온수의 온도 불균형으로 인해 지열공의 설치 수량을 증가시켜야 하는 비효율성을 개선하는 히트펌프를 이용한 경제형 냉난방 시스템을 제공 하려는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, while connecting to a plurality of media storage unit used as heat storage or heat storage function or dualized by heat storage and heat storage function to the heat pump, a plurality of media By constructing a plurality of diffusers in the storage unit, it is possible to solve the problems of temperature control and unbalance in flow rate caused by simultaneous operation of the heat storage tank (or the heat storage cooling tank), and to achieve high efficiency and durability, which is the biggest problem of the facility using geothermal and waste heat. Considering the high price point, the heat storage type bidirectional energy utilization system minimizes the equipment capacity and provides an economical heating and cooling system using a heat pump that improves the inefficiency of increasing the installation quantity of geothermal holes due to the temperature imbalance of cold water and hot water. I want to do that.
본 발명의 다른 목적으로는, 오수나 폐수 방류조의 열량, 전기실의 발열 폐열, 장비(콤프레셔 등)의 폐열 등 산재해 있는 폐에너지를 최대한 활용하면서 냉난방 시스템의 동작에 따른 지열공 회복시간을 충분히 확보하여 장비 가동효율을 높 일 수 있도록 하는 히트펌프를 이용한 경제형 냉난방 시스템을 제공하려는 것이다.Another object of the present invention is to sufficiently secure the geothermal hole recovery time according to the operation of the cooling and heating system while making the most of the waste energy scattered, such as the amount of wastewater or wastewater discharge tank, the heat generated in the electric room, the waste heat of the equipment (compressor, etc.). It is to provide an economical cooling and heating system using a heat pump to increase the efficiency of equipment operation.
상기 목적 달성을 위한 본 발명 히트펌프를 이용한 냉난방 시스템은, 공기조화기와 난방부 및 급탕부를 포함하는 냉난방 유니트에 증발기와 응축기를 구비한 냉난방용 히트펌프를 연결 구성함에 있어서, 상기 히트펌프에는 지중에 매설되어 지열을 열원으로 제공하는 지열처리부를 순환관을 통해 연결하는 한편, 냉,온수의 순환매체를 저장하는 제 1,2 매체저장부를 순환관을 통해 병렬로 연결 구성하고, 상기 제 1,2 매체저장부내에는 냉,온수의 순환매체가 서로 다른 온도층으로 상호 간섭하지 않고 저장되도록 상하부에 각각 이중 구조의 디퓨저를 구성하며, 상기 디퓨저에는 다단 배열의 순환관을 연결하되, 상기 순환관에는 냉,온수 순환매체의 순환을 위해 개폐되는 컨트롤밸브를 구성하고, 상기 제 1,2 매체저장부와 히트펌프 사이의 순환관에는 냉,온수 순환매체의 온도 불균형으로 발생하는 잉여 열량을 지열처리부로 방출하는 열 밸런스 처리부를 구성하며, 상기 히트펌프와 컨트롤 밸브 및 열 밸런스 처리부는 제어부에 의해 그 동작이 제어되는 것을 특징으로 한다.In the air-conditioning system using the heat pump of the present invention for achieving the above object, in the air-conditioning unit including an air conditioner, a heating unit, and a hot water supply unit, in connection with a heat-cooling heat pump having an evaporator and a condenser, the heat pump is in the ground The geothermal treatment unit buried to provide geothermal heat as a heat source is connected through a circulation pipe, while the first and second media storage units for storing cold and hot water circulating media are connected in parallel through a circulation pipe, The medium storage unit has a double diffuser in each of the upper and lower parts so that the circulating medium of cold and hot water is stored without interfering with each other in a different temperature layer, the diffuser is connected to the circulation pipe of a multi-stage array, the cold pipe The control valve is opened and closed to circulate the hot water circulation medium, and the circulation pipe between the first and second media storage units and the heat pump is cold, And a heat balance processing unit for discharging excess heat generated by the temperature imbalance of the hot water circulation medium to the geothermal processing unit, wherein the heat pump, the control valve, and the heat balance processing unit are controlled by a control unit.
다른 일면에 따라, 상기 지열처리부는 유속변화를 주어 열교환이 충분한 시간동안 이루어지도록 하는 다수개의 공급관 및, 상기 다수개의 공급관 사이에 위치하면서 그 하측 일단이 연통되어 유속을 급격히 증가시키면서 지열 회수열량을 증대시키는 하나의 회수관으로 분할되는 구조인 것을 특징으로 한다.According to another aspect, the geothermal heat treatment unit is a plurality of supply pipes to change the flow rate so that the heat exchange is made for a sufficient time, and located between the plurality of supply pipes and the lower end is in communication with each other rapidly increasing the flow rate of geothermal recovery heat It is characterized in that the structure is divided into one recovery pipe.
또 다른 일면에 따라, 상기 제 1,2 매체저장부는 계절변화에 따라 온수의 순환매체가 저장되는 축열조 또는 냉수의 순환매체가 저장되는 축냉조로 사용되거나, 또는 축열조 및 축냉조로 이원화되어 그 사용이 이루어지는 것을 특징으로 한다.According to another aspect, the first and second media storage unit is used as a heat storage tank for storing the circulating medium of hot water or a cold storage tank for storing the circulating medium of cold water according to the seasonal change, or dualized into the heat storage tank and the cold storage tank. This is characterized in that it is made.
또 다른 일면에 따라, 상기 디퓨저는 공급 및 리턴의 순환관이 각각 연결되는 상,하판 및 중간격리판으로 구분되도록 구성하는 것을 특징으로 한다.According to yet another aspect, the diffuser is characterized in that configured to be divided into upper, lower and middle isolator is connected to the supply and return circulation pipe, respectively.
또 다른 일면에 따라, 상기 열 밸런스 처리부는, 히트펌프에서 생산된 냉,온수가 제 1,2 저장부에 저장되어 냉,난방 및 급탕에 사용하는 동안 사용량의 불균형에 의한 잉여 냉,온수의 온도를 감지하는 온도센서; 상기 온도센서로부터 냉,온수의 잉여 열량에 대한 온도 감지시, 잉여 열량을 지열처리부에서 처리할 수 있도록 제어부의 제어를 받아 개도방향이 결정되는 제 1,2 개도밸브; 를 포함한다.According to another aspect, the heat balance processing unit, the cold and hot water produced in the heat pump is stored in the first and second storage units, the temperature of the excess cold, hot water due to the imbalance of the amount of use during use in cooling, heating and hot water A temperature sensor for detecting; First and second open valves having an opening direction determined under a control of a control unit so as to detect a surplus heat amount of cold and hot water from the temperature sensor, so that the excess heat amount can be processed by the geothermal processor; It includes.
또 다른 일면에 따라, 상기 제 1,2 개도밸브는 3-way 밸브인 것을 특징으로 한다.According to yet another aspect, the first and second open valves are characterized in that the 3-way valve.
또 다른 일면에 따라, 상기 냉난방을 위해 공기조화기와 난방부 및 디퓨저를 연결하는 리턴라인에는 각각 제어부의 제어를 받는 난방 및 냉방용의 제 1,2 압력유지부를 구성하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect, the return line connecting the air conditioner, the heating unit and the diffuser for the air conditioning is characterized in that the first and second pressure holding unit for heating and cooling under the control of the control unit, respectively.
또 다른 일면에 따라, 상기 난방용의 제 1 압력유지부는 제 3 펌프와 제 1 차압밸브 및 제 1 온도조절관을 포함하고, 상기 냉방용의 제 2 압력유지부는 제 4 펌프와 제 2 차압밸브 및 제 2 온도조절관을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect, the first pressure holding unit for heating includes a third pump, a first differential pressure valve and a first temperature control tube, and the second pressure holding unit for cooling includes a fourth pump and a second differential pressure valve; It characterized in that it comprises a second temperature control tube.
또 다른 일면에 따라, 상기 제 3 펌프는 난방 정지시 공기조화기 및 난방부에 공기층이 형성되는 것을 차단하도록 제 1 차압밸브의 닫힘 제어가 이루어진 후 그 구동이 정지(off)되도록 구성하며,According to another aspect, the third pump is configured such that the driving is turned off after the closing control of the first differential pressure valve is made to block the formation of an air layer on the air conditioner and the heating unit when the heating is stopped,
상기 제 1 차압밸브는 난방 가동시 온수 순환매체를 제 1 온도조절관과 공급 관을 통해 공기조화기와 난방부로 순환시켜 배관 압력 유지의 제어동작이 이루어지도록 제 3 펌프의 구동이 이루어진 후 밸브의 열림 동작이 이루어지는 것을 특징으로 한다The first differential pressure valve opens the valve after the third pump is driven to circulate the hot water circulating medium to the air conditioner and the heating unit through the first temperature control pipe and the supply pipe during heating operation to control the pressure of the pipe. Characterized in that the operation is made
또 다른 일면에 따라, 상기 제 4 펌프는 냉방정지시 제 2 차압밸브의 구동시간동안에 낙수로 인해 공기 조화기, 냉방부, 상층부 배관 등에 공기층이 형성되는 것을 차단하도록 제 2 차압밸브의 닫힘 제어가 이루어진 후 펌프의 구동이 정지되도록 구성하며,According to another aspect of the present invention, the fourth pump has a closing control of the second differential pressure valve so as to prevent the air conditioner, the cooling part, the upper part piping from being formed in the air conditioner during the driving time of the second differential pressure valve during cooling stop. After the pump is configured to stop driving,
상기 제 2 차압밸브는 냉방 가동시 냉수 순환매체를 제 2 온도조절관 및 공급관을 통해 공기조화기로 순환시켜 압력 유지의 제어동작이 이루어지도록 제 4 펌프의 가동이 시작된 후 밸브의 열림 동작이 이루어지도록 하여 배관수의 낙수로 인한 공기유입을 차단하는 것을 특징으로 한다.The second differential pressure valve circulates the cold water circulation medium to the air conditioner through the second temperature control pipe and the supply pipe during the cooling operation so that the opening operation of the valve is performed after the operation of the fourth pump is started to control the pressure. It is characterized in that for blocking the inflow of air due to falling water of the pipe.
이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예로 히트펌프를 이용한 경제형 냉난방 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예로 도 1에서 제 1,2 매체저장부를 축열조로 사용하는 난방 시스템의 난방/급탕에 대한 계통 흐름도 이다.1 is a block diagram of an economical heating and cooling system using a heat pump according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is an embodiment of the present invention heating / hot water supply of a heating system using the first and second media storage unit in the heat storage tank in Figure 1 This is a system flow diagram for.
도 3은 본 발명의 실시예로 도 1에서 제 1,2 매체저장부를 축냉조로 사용하는 냉방시스템의 냉방/급탕에 대한 계통 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 실시예로 도 1에서 제 1,2 매체저장부를 각각 축열조와 축냉조로 이원화시킨 냉방 및 난방용 냉,온수를 저장하는 시스템의 계통 흐름도 이다.3 is a system flow chart for cooling / hot water supply of a cooling system using the first and second media storage units as a cold storage tank in FIG. 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an embodiment of the present invention. , 2 is a system flow diagram of a system for storing cooling and hot water for cooling and heating in which a media storage unit is dualized into a heat storage tank and a heat storage cooling tank, respectively.
도 5는 본 발명의 실시예로 지열처리부의 구조도이고, 도 6은 본 발명의 실 시예로 도 5에 대한 A-A선 단면도이며, 도 7은 본 발명의 실시예로 도 5에 대한 B-B선 단면도이고, 도 8은 본 발명의 실시예로 축열조 또는 축냉조로 사용되는 매체저장부에 이중 구조의 디퓨저를 적용한 상태의 단면 개략도 이다.5 is a structural diagram of a geothermal processing unit according to an embodiment of the present invention, Figure 6 is a cross-sectional view taken along line AA of Figure 5 as an embodiment of the present invention, Figure 7 is a cross-sectional view taken along line BB of Figure 5 as an embodiment of the present invention. 8 is a schematic cross-sectional view of a double structure diffuser applied to a medium storage unit used as a heat storage tank or a cold storage tank according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프를 이용한 냉난방 시스템은, 공기조화기(1)와 난방부(2) 및 급탕부(3)에 공급 및 환수의 순환관(L1,L2,L2',L2",L3,L3',L3",L4,L5,L6,L7,L7',L8,L8',L9,L9',L10,L10',L11,L11',L12,L12',L20,L20')을 통해 증발기(미도시)와 응축기(미도시)를 구비한 히트펌프(5)를 연결 구성한 상태에서, 상기 히트펌프(5)에 제 1,2 매체저장부(21)(22)를 순환관(L5,L6)(L4,L4')(L20)(L20')을 통해 병렬로 연결하는 한편, 지열처리부(10), 디퓨저(30), 컨트롤밸브(40), 열 밸런스 처리부(50), 그리고 히트펌프를 이용한 냉난방 시스템의 전반적인 동작을 제어하는 제어부(60)와 제 1,2 압력유지부(70)(80)를 연결 구성한 것이다.1 to 8, a cooling and heating system using a heat pump according to an embodiment of the present invention, the circulation pipe for supplying and returning to the
상기 지열처리부(10)는 지중에 매설되어 냉난방 시스템에 지열에 의한 열원을 제공하거나, 상기 제 1,2 매체저장부(21)(22)에서 냉,온수 순환매체의 온도 불균형으로 인해 발생하는 잉여 열량을 처리(냉각 또는 가열)하는 것으로, 공급헤더(h1)가 배치되는 공급라인의 순환관(L20,L20')(L3,L3',L3") 및, 환수헤더(h2)가 배치되는 환수라인의 순환관(L20,L20')(L2,L2')(L2")을 통해 히트펌프(5) 및 제 1,2 매체저장부(21)(22)에 연결된다.The
이때, 상기 지열처리부(10)는 유속변화를 주고 열교환 면적을 넓혀 단위시간당 열 회수능력을 향상시키도록 다수개의 공급관(11) 및, 상기 다수개의 공급 관(11) 중심에 위치하는 하나의 회수관(12)으로 구분되고, 상기 공급관(11)과 회수관(12)은 하부종단에서 연통되어 있으며, 상기 공급관(11)과 회수관(12)의 사이에는 단열재(13)가 구성되어, 상기 공급관(11)과 회수관(12) 사이에 열교환을 방지하도록 구성된다.At this time, the geothermal
즉, 상기 공급관(11)을 다수의 관으로 편성한 것은 전열면적(열교환면적)을 극대화하고 유체의 흐름 속도를 낮추어 지열처리부(10)내에서 체류시간을 연장하므로 열교환 효율을 향상시키는 한편, 상기 공급관(11)이 열교환기 역할을 하기 때문에 지표면에서 심층부로 유체를 이동시킴으로써 열교환된 유체를 중심부에 위치한 단열,보온된 회수관(12)을 통해 회수해 그 회수과정에서 발생하는 지표면과의 열교환 손실을 방지하기 위함이다.That is, the knitting of the
상기 제 1,2 매체저장부(21)(22)는 냉,온수의 순환매체를 저장 및 방출하는 것으로, 냉방만을 위한 여름철에 모두 축냉조로 사용이 가능하고, 난방만을 위한 겨울철에는 모두 축열조로 그 사용이 가능하며, 봄/가을과 같은 환절기에는 축열조와 축냉조로 이원화되어 사용이 가능하도록 하여 축열조를 경제적으로 활용하도록 하였으며, 상기 디퓨저(30A)(30B)(30C)(30D)에 의해 내부에는 온도가 서로 상이하면서 상호 간섭이 방지되는 상/하의 온도 성층이 이루어지며, 이는 하나의 저장부(21 또는 22)만 지열에 연결하는 것이 아니고 제 1,2 매체저장부(21)(22)를 병렬 연결한 후 이를 지열처리부(10)에 연결함으로써 어느쪽이던 쓰고 남은 잉여 열량을, 상기 지열처리부(10)에서 처리할 수 있도록 구성된다.The first and second
즉, 상기 병렬로 연결되는 제 1,2 매체저장부(21)(22)는 지열처리부(10)를 최소화 하면서도 대지를 열저장 창고개념으로 사용할 수 있도록 한 것으로, 시간대별로 온,냉수를 사용할 수 있기 때문에 때로는 지열처리부(10)에 열을 보내고 급탕 등 온수가 필요하면 잉여 냉수를 순환시켜 열을 다시 꺼내 쓸 수 있도록 구성되며, 이에따라 상기 지열처리부(10)도 임시 열저장 창고기능을 할 수 있도록 구성되는 것이다.That is, the first and second
상기 디퓨저(30A)(30B)(30C)(30D)는 상판(31)과 하판(32) 및, 상기 상,하판(31)(33)을 격리하는 중간 격리판(33)으로 구성되는 이중층의 구조물로, 상기 제 1,2 매체저장부(21)(22)에서 저장되고 토출되는 냉,온수 순환매체가 서로 다른 온도로서 상호 간섭하지 않도록, 즉 제 1,2 매체저장부(21)(22)에서 부하측인 공기조화기(1)와 난방부(2) 및 급탕부(3)로 공급되는 냉,온수 순환매체와 히트펌프(5)로부터 생산되는 냉,온수간의 간섭, 또는 히트펌프(5)로 유입되는 순환매체와 공기조화기(1) 또는 난방부(2)에서 환수되는 순환매체의 간섭에 의한 온도층 파괴 현상을 해소하기 위해 중간 격리판(33)을 통해 상하판(31)(32)의 이중층으로 분리하여 상호 간섭을 근본적으로 해소하도록 구성된다.The
상기 컨트롤밸브(40)는 디퓨저(30A)(30B)(30C)(30D)에 연결되는 다단 배열 구조의 순환관(L20,L20')에 다수 배치됨은 물론, 냉난방을 위한 시스템 전체의 순환관(L4,L4')(L5)(L6)(L13), 그리고 후술하는 제 1,2 온도 조절관(73)(83)에 설치되는 것으로, 상기 다단 배열구조의 순환관(L20,L20')을 통해 냉,온수의 순환매체가 냉난방 유니트인 공기조화기(1), 난방부(2), 급탕부(3)로 그 공급을 안내하거나, 냉난방 유니트로부터 환수되는 냉,온수의 순환매체를 히트펌프(5)로 순환되도 록 방향절환을 하며, 냉방,난방에 따른 계절별 운전모드에 따라 작동하도록 상기 제어부(60)의 제어에 따라 개폐가 이루어지도록 구성된다.The
상기 열 밸런스 처리부(50)는 제 1,2 매체저장부(21)(22)에 각각 저장된 냉,온수 순환매체의 온도가 불균형시 초과되는 냉,온수 중 잉여 열량을 방출하여 냉,온수의 열 밸런스를 유지시킴은 물론, 상기 지열처리부(10)의 지열 소모량을 최소화할 수 있도록 구성되며, 상기 히트펌프(5)와 제 1,2 매체저장부(21)(22)를 연결하는 순환관(L2,L2',L2")(L3,L3'L3")에 연결 구성되며, 온도센서(51), 제 1,2 펌프(52)(53), 그리고 제 1,2 개도밸브(54)(55)를 포함한다.The
상기 온도센서(51)는 제 1,2 매체저장부(21)(22)와 다수의 순환관에 흐르는 온수 및 냉수의 온도를 감지하여 제어부(60)으로 신호를 보내, 상기 제어부(60)로 하여금 제 1,2 펌프(52)(53)의 속도를 제어하여 설정온도에 적합하게 냉,온수를 생산할 수 있도록 하며, 냉수 또는 온수만을 사용할 경우에 필요 이상 낮거나 높은 냉,온수를 지열처리부(10)로 공급하지 않도록 히트펌프 생산 온도를 감지하여 제어부(60)에 통보하는 것으로, 냉,온수 순환매체의 리턴라인에 위치하는 순환관은 물론, 히트펌프(5)의 토출측에 연결되는 순환관(L3")(L1), 또는 상기 제 1,2 매체저장부(21)(22)에 근접 설치된다.The
상기 제 1,2 펌프(52)(53)는 상기 온도센서(51)로 부터 체크된 온도에 따라 잉여 열량이 발생된 냉,온수의 순환매체를 강제 순환시키도록 상기 제어부(60)의 제어를 받아 선택 구동이 이루어지는 것으로, 상기 히트펌프(5)의 유입측 순환관(L2,L2")에 구성된다.The first and
즉, 상기 제 1,2 펌프(52)(53)는 상기 제어부(60)의 제어신호에 의해 속도가 가변속되어 냉,온수의 순환매체를 순환시킴은 물론, 생산 되는 냉,온수의 온도를 제어할 수 있도록 사용되는 것이다.That is, the first and
상기 제 1,2 개도밸브(54)(55)는 제 1,2 저장매채부(21)(22)의 온도센서 및 컨트롤밸브(40)에 의한 순환매체 방향절환에 연동되며, 계절적 운전조건 프로그램에 의해서 냉,온수의 순환매체를 지열처리부(10)로 방출시키도록 제어부(60)의 제어를 받아 개도 방향이 결정되도록 구성되며, 상기 디퓨저(30A)(30B)(30C)(30D)와 지열처리부(10)의 사이에 연결되는 순환관(L2,L2')(L3,L3')(L11,L11')(L12,L12')에 배열되는 3-way 밸브로 구성된다.The first and second
상기 제어부(60)는 냉난방 시스템에 적용되는 다수개의 컨트롤밸브(40) 및 제 1,2 매체저장부(21)(22)내의 증발기와 응축기, 그리고 제 1,2 압력유지부(70)(80)의 동작을 제어함은 물론, 상기 열 밸런스 처리부(50)에 포함되는 온도센서(51)의 감지정보를 토대로 제 1,2 펌프(52)(53)의 구동 및, 제 1,2 개도밸브(54)(55)의 개도방향을 결정하는 제어신호등 전체적인 시스템의 지능 운전을 담당한다.The
여기서, 상기 컨트롤밸브(40)는 상기 제어부(60)의 제어신호에 의해 그 개폐가 이루어지는 on/off 밸브로 구성된다.Here, the
상기 제 1,2 압력유지부(70)(80)는 냉,난방을 위해 공기조화기(1)와 난방부(2) 및 디퓨저(30A)(30B)(30C)(30D)를 연결하는 리턴라인(L7,L7')(L10,L10')에 연결되는 것으로, 상기 제 1 압력유지부(70)는 난방용으로 제 3 펌프(71)와 제 1 차압밸브(72), 제 1 온도조절관(73)을 포함하고, 상기 제 2 압력유지부(80)는 냉방용으로 제 4 펌프(81)와 제 2 차압밸브(82), 그리고 제 2 온도조절관(83)을 포함한다.The first and second
상기 제 3 펌프(71)는 난방정지시 제 1 차압밸브(72)의 구동시간 동안 공기조화기(1)와 난방부(2) 및 상층부 배관의 물이 제 1,2 매체저장부(21)(22)로 낙수되어 공기층이 형성되는 것을 방지하기 위해 제 1 차압밸브(72)의 닫힘 제어가 선행된 후 제 3 펌프(71)가 정지하도록 한다.The
상기 제 1 차압밸브(72)는 난방운전시 제 3 펌프(71)를 가동하여 제 1,2 매체저장부(21)(22)의 온수를 순환관(L7)을 통해 공기조화기(1)와 난방부(2)로 순환시켜 제 1 압력유지부(70)에 압력이 형성된 후 제 1 차압밸브(72)가 열림(open) 제어동작이 이루어지도록 하며, 상기 제 3 펌프(71)의 구동 및 제 1 차압밸브(72)의 개폐동작은 제어부(60)의 제어동작 프로그램으로부터 제어된다. The first differential pressure valve (72) operates the third pump (71) during the heating operation to pass the hot water from the first and second media storage parts (21, 22) through the circulation pipe (L7). After the pressure is formed in the first
또한, 상기 제 4 펌프(81)는 냉방정지시 제 2 차압밸브(82)의 구동시간 동안 공기조화기(1)와 기타 냉방부 및 상층부 배관의 물이 제 1,2 매체저장부(21)(22)로 낙수되어 공기층이 형성되는 것을 방지하기 위해 제 2 차압밸브(82)의 닫힘 제어가 선행된 후 제 4 펌프(81)가 정지하도록 한다.In addition, the
상기 제 2 차압밸브(82)는 냉방운전시 제 4 펌프(81)를 가동하여 제 1,2 매체저장부(21)(22)의 냉수를 순환관(L7')을 통해 공기조화기(1)와 냉방부로 순환시켜 제 2 압력유지부(80)에 압력이 형성된 후 제 2 차압밸브(82)가 열림(open) 제어동작이 이루어지도록 하며, 상기 제 4 펌프(81)의 구동 및 제 2 차압밸브(82)의 개 폐동작은 제어부(60)의 제어동작 프로그램으로부터 제어된다. The second
즉, 상기 제 1,2 차압밸브(72)(82)는 낙수 방지용으로, 제 3,4 펌프(71)(81)가 정지될 때, 제 1,2 차압밸브(72)(82)의 반응시간{제 3,4 펌프(71)(81)의 정지부터 제 1,2 차압밸브(72)(82)가 완전차단 까지 소요시간}동안 공기조화기(1), 난방부(2), 기타 냉방 부하설비 및 상층부에 위치한 배관의 물이 제 1,2 매체저장부(21)(22)로 유입되는 것을 방지하며, 낙수(落水)로 인해 공기조화기(1), 난방부(2) 및 순환관(L10,L10')에 공기가 유입될 경우 제 3,4 펌프(71)(81)의 양정 손실이 커지고 냉,난방 시스템의 재가동시 냉,온수 순환에 영향을 주는 것은 물론 설비에 치명적 손상을 줄 수 있어 이를 방지하기 위함이다.That is, the first and second
이하, 미설명된 도면부호 4는 지열처리부(10)의 순환관(L11')에 설치되는 펌프(Pump)를 도시한 것으로, 이는 그 배치의 위치가 선택적으로 이루어진다.Hereinafter,
이와같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 작용을 첨부된 도 1 내지 도 8을 참조하여 정리하면 다음과 같다.The operation according to the embodiment of the present invention configured as described above is summarized as follows with reference to FIGS. 1 to 8.
먼저, 도 1,2에서와 같이 난방용의 공기조화기(1)와 난방부(2) 및 급탕부(3)를 통해 겨울철 난방 및 급탕을 제공하고자 하는 경우, 제어부(60)는 제 1 압력유지부(70)에 포함되는 제 3 펌프(71)를 구동시킨 후 제 1 차압밸브(72)를 개방시킨다.First, as shown in FIGS. 1 and 2, in order to provide winter heating and hot water supply through the
그러면, 상기 제 3 펌프(71)가 구동하여 순환매체는 공급헤더(h1) 및 공급라인의 순환관(L7→L8)을 거쳐 공기조화기(1)에서 난방을 한 후 환수헤더(h2)와 환수라인의 순환관(L9→L10)을 통해 환수되는 온수의 순환매체는 다단 배열되는 순환 관(L20)을 통해 제 2 매체저장부(22) 또는 제 1 매체저장부(21)의 하층부 디퓨저(30D)(30B)를 통해 저장된다.Then, the
다음으로, 난방이 끝나 환수라인의 순환관(L10)을 거쳐 환수된 온수 순환매체의 온도가 높을 경우 이는 상기 순환관(L10)에 마련된 온도센서(51)에 의해 감지된 후 제어부(60)로 출력되는 바,Next, when the temperature of the hot water circulating medium returned through the circulation pipe (L10) of the return line is high after the heating is detected by the
상기 제어부(60)는 제 1 온도조절관(73)에 마련된 컨트롤밸브(40)를 비례 제어하여, 상기 온도가 높은 온수의 순환매체를 제 1 온도조절관(73)을 통해 제 3 펌프(71)의 흡입측으로 공급하여 제 2 매체저장부(22)의 열량을 절약하며, 높은 온도로 회수되는 온수의 순환매체가 제 2 매체저장부(22)로 회수되는 것을 방지한다.The
이때, 상기의 온수 순환매체에 대한 정상 순환 과정은, 제 2 매체저장부(22)→상층의 디퓨저(30C)→제 3 펌프(71)→공급라인의 순환관(L7)→공급헤더(h1)→순환관(L8)→공기조화기(1)→순환관(L9)→환수헤더(h2)→환수라인의 순환관(L10)→제 1 차압밸브(72)→다단 배열구조의 순환관(L20)→하층의 디퓨저(30D)를 통해, 상기 제 2 매체저장부(22)의 하단에 저장되며, 이때 상기 제 2 매체저장부(22)에 연결되는 순환관(L20)은 다단 배열 구조를 가지는 것으로, 상기 순환관(L20)으로 온수 순환매체의 흐름이 안내될 때, 상기 제어부(60)는 상기 순환관(L20)에 배치되는 다수의 컨트롤밸브(40)를 선택적으로 개폐 제어하고, 이에따라 상기의 온수 순환매체는 제 2 매체저장부(22)내의 하부에 위치하는 디퓨저(30D)의 상판(31)을 통해 환수되어 저장되는 것이다.At this time, the normal circulation process for the hot water circulation medium, the second
다음으로, 상기 제 1 차압밸브(72)를 거쳐 환수된 온수 순환매체의 온도가 높을 경우, 상기 순환관(L10)에 배치되는 온도 센서(51)에 의해 제 1 온도조절관 (73)에 설치된 컨트롤밸브(40)를 개방(비례제어)하여 제 1 온도조절관(73)을 통해 제 1 펌프(71)의 흡입측으로 온수의 순환매체가 공급되며, 상기 순환관(L20)을 통해 높은 온도로 환수되는 온수의 순환매체가 상기 제 2 매체저장부(22)로 환수되는 것을 방지하게 되는 것이다.Next, when the temperature of the hot water circulating medium returned through the first
이때, 상기 공기조화기(1) 및 난방부(2)로 온수 순환매체의 공급온도를 유지하기 위해, 상기 제 2 매체저장부(22)에서 흡입된 고온수와 제 1 온도조절관(73)을 통해 환수되는 순환매체를 적절하게 희석하도록, 상기 제어부(60)는 다단 배열구조를 가지는 순환관(L20)에 배치된 다수의 컨트롤밸브(40)를 비례 제어하여 선택적인 개폐가 이루어지도록 한다.At this time, in order to maintain the supply temperature of the hot water circulating medium to the
다음으로, 동절기에 제 1 매체저장부(21)와 제 2 매체저장부(22)에 모두 온수를 저장 사용하는 경우, 상기 제 1,2 매체저장부(21)(22)의 사이에 병렬로 설치된 순환관(L5)(L6)은 고온수의 병렬관으로 사용되며, 또 다른 순환관(L4,L4')는 저온수 순환관으로서 두 개의 제 1,2 매체저장부(21)(22)를 병렬로 연결시켜 하나의 저장부(축열조) 기능을 수행하도록 한 것이며, 이에따라 온도 성층화 현상으로 두 개의 축열조가 하나의 축열조처럼 운전될 수 있게 되는 것이다.Next, when hot water is stored in both the first
이때, 도 1,3에서와 같이 상기 제 1 매체저장부(21)에 연결되는 다단 배열의 순환관(L20')에 구성되는 다수개의 컨트롤 밸브(40)는 제어부(60)의 난방모드 선택에따라 모두 닫힘동작(close)의 상태가 되므로, 상기 제 1 매체저장부(21)는 제 2 매체저장부(22)와 합쳐지는 결과로서 난방 및 온수급탕 공급 운전을 하게 되는 것 이다.In this case, as shown in FIGS. 1 and 3, the plurality of
여기서, 상기와 같이 난방 전용 운전을 하는 동안 제 2 펌프(53)로부터 히트펌프(5)의 증발기로 공급된 순환매체는 냉수가 되어 지열처리부(10) 또는 폐열용 열교환기에서 열을 흡수하여 히트펌프에 공급하며, 장비 냉각수 또는 전기실 냉방등으로도 활용될 수 있는 것이다.Here, the circulation medium supplied from the
또한, 상기 제 1 매체저장부(21)와 제 2 매체저장부(22)의 하층 디퓨저(30B)(30D)의 하판(32)으로부터 흡입된 저온수 순환매체는 다단 배열구조를 가지는 순환관(L20,L20')에 배치된 컨트롤밸브(40)의 선택적인 개폐동작으로 순환관(L2)(L2")을 통해 히트펌프(5)로 순환되어 고온으로 가열되어, 상기 제 1,2 매체저장부(21)(22)의 상층 디퓨저(30A)(30C)의 하판(32)을 통해 상기 제 1,2 매체저장부(21)(22)에 저장되는 것이다. In addition, the cold water circulation medium sucked from the
이때, 지열을 이용한 난방시, 열 밸런스 처리부(50)에 포함되는 3-way밸브 타입의 제 2 개도밸브(55)는 제어부(60)의 제어동작 프로그램에 의해 순환관(L2')에서 공급헤더(h1) 및 지열처리부(10)로 냉수 순환매체의 흐름이 안내되는 방향으로 그 열림이 이루어지고, 3-way밸브 타입의 제 1 개도밸브(54)는 제어부(60)의 제어동작프로그램에 의해 지열처리부(10)에서 열을 흡수하여 환수헤더(h2) 및 순환관(L2)을 통해 히트펌프(5)로 흡수열을 공급하는 흐름방향으로 개도가 이루어진다.At this time, when heating using geothermal heat, the
즉, 상기 내용을 정리하면 히트펌프(5)에서 온도가 낮은 상태로 토출되는 냉수의 순환매체가 순환관(L3")→순환관(L3')→제 2 개도밸브(55)→순환관(L11)→공급헤더(h1)→열교환 기능의 순환관(L11')→지열처리부(10)→순환관(L12')→환수헤 더(h2)→순환관(L12)→제 1 개도밸브(54)→순환관(L2')→제 2 펌프(53)를 통해 다시 히트펌프(5)의 흐름으로 안내되고, 이때 난방중 발생한 냉수는 상기 지열처리부(10)에서 열교환하게 되는 것이다.That is, the above contents are summarized as the circulating medium of the cold water discharged from the
다시말해, 상기와 같이 지열처리부(10)의 공급관(11)과 회수관(12)을 통과하면서 지열을 흡수하여 온도가 상승한 순환매체는 제 2 펌프(53)를 통해 히트펌프(5)의 증발기로 순환되어 저온의 액체냉매를 저온의 가스로 기화시켜 압축기로 이송되며 압축기에서 고온의 고압가스를 생성하여 응축기내에서 제 1 펌프(52)와 순환관(L2)으로부터 공급되는 저장부 하부의 중온수를 고온수로 변환시켜 제 2 매체저장부(22)의 다단배열 구조를 가진 순환관(L20)을 통해 축열조로 사용하는 제 2 매체저장부(22)의 상층에 설치된 디퓨저(30C)의 하부판(32)을 통해 저장되는 것이다.In other words, the circulating medium that absorbs geothermal heat while passing through the
이때, 상기와 같이 고온으로 가열된 온수의 순환매체가 축열조로 사용되는 제 2 매체저장부(22)의 상측에 저장됨은 물론, 병렬의 순환관(L5)에 의해 제 1 매체저장부(21)의 상층 디퓨저(30A)의 하판(32)을 통해,상기 제 1 매체저장부(21)에 저장된다.At this time, the circulation medium of the hot water heated to a high temperature as described above is stored above the second
그러면, 상기 축열조로 사용되는 제 1,2 매체저장부(21)(22)에는 그 내부의 상하층에 각각 설치되는 이중 구조의 디퓨저(30A)(30B)(30C)(30D)를 통해 서로 다른 온도층을 이루는 온수의 순환매체가 상호 간섭하지 않고 저장될 수 있게 되는 것이다.Then, the first and second
한편, 상기 제 2 매체저장부(22)내의 상층에 설치된 디퓨저(30C)의 상판(31) 을 통해 토출되는 고온의 온수 순환매체는 제 3 펌프(71)의 펌핑동작으로 순환관(L7)→공급헤더(h1)→순환관(L8)을 거쳐 공기조화기(1)와 난방부(2)에 공급되어 난방이 이루어 지며, 또 다른 순환관(도면에는 표시하지 않음)을 통해 급탕용 열교환기(3)로 공급되어 급탕용 온수를 가열할 수 있게 되는 것이다.On the other hand, the hot water circulating medium discharged through the
여기서, 상기 축열조로 사용되는 제 1,2 매체저장부(21)(22)와 히트펌프(5)의 사이에는 온도센서(51), 제 1,2 펌프(52)(53), 그리고 제 1,2 개도밸브(54)(55)를 포함하는 열 밸런스 처리부(50)가 구성되고, 제 1,2 매체저장부(21)(22)의 내부에는 온도센서(미도시)가 설치되어 있으므로, 이로인해 축열탱크의 열량 저장 및 사용상태를 제어부(60)에서 감지하여 히트펌프의 가동 및 정지를 결정 명령할 수 있는 것이다.Here, the
이때, 상기 제어부(60)는 상기 제 1,2 펌프(52)(53)의 펌핑동작으로부터 잉여 열량이 발생된 냉,온수 순환매체가 강제 순환될 때 그 순환이 자유롭게 이루어지도록 제 1,2 개도밸브(54)(55)의 개도방향을 제어하게 되는 것이다.At this time, the
한편, 도 3은 여름철 등의 시기에 냉방시, 냉난방용 히트펌프(5)가 압축, 응축, 팽창, 기화로 이어지는 냉방 사이클을 수행함으로 인해 상기 냉,온수 순환매체의 온도가 저온으로 강하되고, 이 저온으로 강하된 순환매체가 공기조화기(1)를 통해 냉방을 수행하는 흐름도를 도시한 것으로, 이를 첨부된 도 1,3을 참조하여 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.On the other hand, Figure 3 is the temperature of the cold, hot water circulating medium is lowered to a low temperature due to the cooling cycle during the cooling, heating and cooling heat pump (5) during compression, condensation, expansion, evaporation during the summer time, The low-temperature circulating medium shows a flow chart for performing cooling through the
즉, 도 1,3을 참조하면, 냉난방용의 공기조화기(1)를 통해 여름철 냉방을 제공하고자 하는 경우, 제어부(60)는 제 2 압력유지부(80)에 포함되는 제 4 펌프(81) 를 구동시킨 후 제 2 차압밸브(82)를 개방시킨다.That is, referring to FIGS. 1 and 3, when it is desired to provide summer cooling through the
그러면, 상기 제 4 펌프(81)의 구동으로부터 공기조화기(1)에서 순환관(L9') 및 환수헤더(h2)와 환수라인의 순환관(L10')을 통해 환수되는 순환매체는 다단 배열되는 순환관(L20')을 통해 제 1 매체저장부(21)로 환수되며, 이를 정리하면 제 1 매체저장부(21)→하층의 디퓨저(30B)→제 4 펌프(81)→공급라인의 순환관(L7')→공급헤더(h1)→순환관(L8')→공기조화기(1)→순환관(L9')→환수헤더(h2)→환수라인의 순환관(L10')→제 2 차압밸브(82)→순환관(L20')→상층의 디퓨저(30A)를 통해 제 1 매체저장부(21)의 상단에 저장된다.Then, in the
이때, 상기 제 1 매체저장부(21)에 연결되는 순환관(L20')은 다단 배열 구조를 가지는 것으로, 상기 순환관(L20')으로 냉수 순환매체의 흐름이 안내될 때, 상기 제어부(60)는 상기 순환관(L20')에 배치되는 다수의 컨트롤밸브(40)를 선택적으로 개폐 제어하고, 이에따라 상기의 냉수 순환매체는 제 1 매체저장부(21)내의 상층에 위치하는 디퓨저(30A)의 하판(32)을 통해 저장된다.At this time, the circulation pipe (L20 ') connected to the first
더불어, 상기 상층 디퓨저(30A)의 상판(31)에 연결되는 순환관(L20')에서 분기되는 또 다른 순환관(L5)은 상기 축냉조로 사용되는 제 1 매체저장부(21)와 병렬 구조를 이루는 제 2 매체저장부(22)내의 상층에 마련된 또 다른 디퓨저(30C)의 하판(32)과 연결된다.In addition, another circulation pipe L5 branched from the circulation pipe L20 'connected to the
그러므로, 상기 환수라인의 순환관(L10')을 통해 환수되는 순환매체는 다단 배열의 순환관(L20')이 연결되는 상기 상층의 디퓨저(30A)를 통해 제 1 매체저장부(21)내의 상측에 저장된다.Therefore, the circulating medium returned through the circulation pipe L10 'of the return line has an upper side in the first
여기서, 도 1,2에서와 같이 제 2 매체저장부(22)에 연결되는 다단 배열의 순환관(L20)에 구성되는 다수개의 컨트롤밸브(40)는 모두 제어부(60)의 제어동작으로부터 닫힘동작을 하고, 이에따라 상기 제 1 매체저장부(21)와 제 2 매체저장부(22)는 하나의 탱크와 같이 냉방을 위한 냉수의 저장 및 냉방으로만 사용된다.Here, as shown in FIGS. 1 and 2, all of the plurality of
즉, 상기 제 1 매체저장부(21)의 상층에 마련된 디퓨저(30A)의 상판(31)에서 회수되는 순환매체는 컨트롤밸브(40)의 선택적인 개폐동작으로부터 히트펌프(5)로 안내된다.That is, the circulation medium recovered from the
그리고, 상기 상층의 디퓨저(30A)로부터 히트펌프(5)로 유입된 중온의 냉수열량으로 증발기의 액체 냉매를 기화시켜 압축기를 통해 응축기를 거쳐 지열처리부(10)로 순환되면서 지중열과 열교환된 후 지중으로 방열(放熱)된다.Then, the liquid refrigerant of the evaporator is vaporized with the medium temperature cold water heat flowed into the
이때, 지열을 이용한 냉방시, 열 밸런스 처리부(50)에 포함되는 3-way밸브 타입의 제 2 개도밸브(55)는 제어부(60)의 제어동작 프로그램에 의해 순환관(L3)에서 공급헤더(h1) 및 지열처리부(10)로 순환매체의 흐름이 안내되는 방향으로 그 열림이 이루어지고, 3-way밸브 타입의 제 1 개도밸브(54)는 제어부(60)의 제어동작프로그램에 의해 지열처리부(10)에서 환수헤더(h2) 및 순환관(L2)로 순환매체의 흐름이 안내되는 방향으로 그 열림이 이루어진다.At this time, when cooling using geothermal heat, the
그리고, 상기 지열처리부(10)는 다수개의 공급관(11)과 하나의 회수관(12)으로 이루어져 있는 바,And, the geothermal
상기 냉난방용 히트펌프(5)에서 고온의 순환매체가 순환관(L3)→제 2 개도밸브(55)→공급헤더(h1)를 통해 지열처리부(10)로 이송된다. In the cooling and
상기 지열처리부(10)는 외측에 다수개의 공급관(11)과 내측 단열 처리된 하나의 회수관(12)으로 구성되며, 상기 공급관(11)과 회수관(12)은 하단부가 서로 연통되어 있으므로, 느린 유속으로 공급관(11)을 통과하는 순환매체가 회수관(12)으로 집중되면서 그 유속은 급격히 빨라진다.The geothermal
즉, 히트펌프(5)의 증발기에서 냉수를 생산하기 위해 열을 회수하여 기화된 냉매가스는 압축기를 통해 응축기로 열을 이송하고 이 열은 제 1 펌프(52)에 의해 순환되어 순환관(L3)을 통해 제 2 개도발브(55) 및 공급헤더(h1)을 거쳐 지열처리부(10)의 공급관(11)과 회수관(12)을 통과하면서 지열과 열교환을 하여 온도가 낮아지고, 상기와 같이 온도가 낮아진 순환매체는 다시 환수헤더(h2)→제 1 개도밸브(54)→순환관(L2)을 통해 히트펌프(5)로 순환을 반복하는 것으로, 상기 지열처리부(10)는 냉방부하에서 이송된 열을 처리하게 되는 것이다.That is, the refrigerant gas vaporized by recovering heat to produce cold water in the evaporator of the
이때, 상기 히트펌프(5)의 증발기에서 저온으로 강하된 순환매체(냉수)는 순환관(L20')을 통해 축냉조로 사용하는 제 1 매체저장부(21)의 하층에 설치된 디퓨저(30B)를 통해 저장된다.At this time, the circulating medium (cold water) dropped to the low temperature in the evaporator of the
이때, 상기 제 1 매체저장부(21)의 하측에 저장되는 순환매체는, 상기 제 1 매체저장부(21)의 하측에 설처된 순환관(L4,L4')을 통해 제 2 매체저장부(22)와 병렬 구조를 이루면서 두 개의 저장부가 하나의 저장조와 같이 운용되는 바,At this time, the circulation medium stored under the first
상기 축냉조로 사용되는 제 1,2 매체저장부(21)(22)에는 그 내부의 상하측에 각각 설치되는 이중구조의 디퓨저(30A)(30B)(30C)(30D)를 통해 서로 다른 온도층을 이루는 냉수의 순환매체가 상호 간섭하지 않고 저장될 수 있게 되는 것이다.The first and second
한편, 상기 제 1 매체저장부(21)내의 하층에 마련된 디퓨저(30B)의 하판(32)을 통해 토출되는 저온의 냉수 순환매체는 제 4 펌프(81)의 펌핑동작으로부터 공급라인의 순환관(L7')→공급헤더(h1)→순환관(L8')을 거쳐 공기조화기(1)로 공급하여 냉방을 실시 후 순환관(L9')→환수헤더(h2)→ 환수라인의 순환관(L10')을 거쳐 제 1,2 매체저장부(21)(22)의 상층 디퓨저(30A)(20C)의 하판(32)으로 회수된다.On the other hand, the low temperature cold water circulation medium discharged through the
여기서, 상기 축냉조로 사용되는 제 1,2 매체저장부(21)(22)와 히트펌프(5)의 사이에는 온도센서(51), 제 1,2 펌프(52)(53), 그리고 제 1,2 개도밸브(54)(55)를 포함하는 열 밸런스 처리부(50)가 구성되는 바,Here, the
상기 온도센서(51)에 의해 냉수의 생산 여부가 결정되며, 상기 제 1,2 매체저장부(21)(22)에 저장된 냉수온도가 상승되면, 상기 제어부(60)에서 히트펌프(5)의 가동 명령을 주고, 상기 제 1,2 매체저장부(21)(22)에 냉수가 저장 완료되면 상기 히트펌프(5)의 가동을 자동으로 정지시킨다.Whether the cold water is determined by the
즉, 상기 제 1,2 펌프(52)(53)는 히트펌프(5)가 가동시에는 지속적으로 연동되며 온도센서(51)의 온도를 감지하여 순환유량을 조정할수 있도록 인버터(Inverter)형 펌프로 설치하여 필요 이상의 유량순환을 억제하여 에너지 절감을 도모하며, 계절적 요소로서 냉방시에는 온수 온도를 가능한 낮게 운용하고, 반대로 동절기 난방전용 운전시에는 냉수 온도를 너무 낮게 운용하므로서 발생할 수 있는 과냉현상에 의한 증발기 동파 방지 및 저효율 운전을 지향하기 위해 히트펌프 출구온도(냉,온수)의 설정값을 조정할수 있도록 상기 제어부(60)가 제어프로그램으로 제어하게 되는 것이다.That is, the first, second and
도 4는 봄/가을과 같은 환절기에 냉수와 온수를 병행하여 사용하는 경우 제 1 매체저장부(21)은 냉수를 저장하고, 제 2 매체저장부(22)는 온수를 저장할 수 있으며, 상기 제어부(60)에서 환절기 운전모드 설정시 도 1,4와 같이 모든 밸브가 작동하여 히트펌프(5)를 중심으로 생산되는 냉수 및 온수를 저장하면서 사용량의 차이에 의해 잉여된 냉수 또는 온수를 손쉽게 열 밸런스 처리부(50)를 통해 지열공으로 방열 또는 방냉할 수 있어 최소의 열만을 지열과 열교환하고, 이를 통해 지열처리부(10)의 의존도를 줄임은 물론, 그 시스템 운용이 효율적으로 이루어지도록 한 것이다.FIG. 4 illustrates that when cold water and hot water are used in a season such as spring / autumn, the first
즉, 환절기 운전시 제 1 매체저장부(21)의 온도센서(51)와 제 2 매체저장부의 온도센서(51)에 의해 잉여 열량이 발생하는 방향으로 제 2,1 개도밸브(55)(54)가 작동하여 잉여 열량을 지열처리부(10)로 순한시켜 열량을 소진시키는 것이다.That is, the second and
이와같이 본 발명은 일반적인 히트펌프시스템이 냉방 또는 난방중 일방향 운전 중심으로 구성됨에 따라 막대한 시설비를 투자하여 제작된 축열조를 효율적으로 사용할 수 없어 냉방시에는 많은 냉수를 생산 저장해야 함에도 불구하고 제 2 매체저장부(22)를 활용할 수 없으며, 난방시에는 많은 온수를 생산하여 저장해야 하지만 제 1 매체저장부(21)를 폐열 회수용 탱크로 단순 활용해야 하기 때문에 값싼 심야 전기로 많은 온,냉수를 생산 및 저장하여 전기요금이 비싼 주간에 사용하는 축열식의 본질을 해소하지 못하고 있다는 문제점을 개선하려는데 그 특징이 있는 것이다.As described above, the present invention can not efficiently use the heat storage tank manufactured by investing enormous facility cost as the general heat pump system is composed of one-way operation center during cooling or heating. The
이하, 냉,난방의 동작사이클에 대한 설명은 본 발명의 실시예인 도 1 내지 도 3을 참조할수 있어 중복되는 설명을 생략하였다.Hereinafter, the description of the operation cycles of cooling and heating may refer to FIGS. 1 to 3, which are embodiments of the present invention, and thus redundant descriptions thereof are omitted.
한편, 도 9는 본 발명의 다른실시예로, 이는 폐열을 활용하는 냉난방 시스템에 관한 것이다.On the other hand, Figure 9 is another embodiment of the present invention, which relates to a heating and cooling system utilizing waste heat.
즉, 본 발명의 또 다른실시예는 설치장소에 따라 폐열을 활용하는 것으로, 상기 공급헤더(h1)와 환수헤더(h2)에 하수조 탱크(101)로 오폐수가 유입시 그 오폐수에 의한 폐열을 냉난방의 열원으로 사용하도록 판형 또는 쉘엔튜브(SHELL and TUBE) 방식의 열교환기(102)를 순환관(L16)(L17)을 통해 연결 구성하거나, 변전설비(변압기/AVR/UPS/차단기/Bus-Bar), 발전기 및 동력설비 등의 전력설비(201)에서 발생하는 폐열을 열원으로 사용하도록 순환관(L14)을 통해 연결하거나, 또는 공기를 열원으로 하여 냉,온수의 순환매체를 순환시키는 공기열 히트펌프(301)를 순환관(L15)(15')을 통해 연결 구성하는 한편, 보일러실의 배기부 또는 공동 주택이나 대형건물의 주차장 배기설비, 근생시설의 배기설비 및 실내 환기용 급배기 시설을 활용해 잉여 열량 방출 및 필요 열량 회수를 용이하게 하도록, 배기 송풍기를 포함하는 급/배기 폐열 회수부(401)에 순환관(L18)(L19)를 통해 열교환 시설을 연결하여 배기열(연도가스)을 열원으로 사용할 수 있는 것이다.That is, another embodiment of the present invention utilizes waste heat according to the installation location, and waste heat from the waste water when the waste water flows into the
이때, 상기 보일러실의 배기열은 온도가 높아 전열교환기나 수냉식 열교환 방식으로 폐열을 확보할 수 있게 되는 것이다.At this time, the exhaust heat of the boiler room is a high temperature it is possible to ensure the waste heat by the heat exchanger or water-cooled heat exchange method.
특히 공기열 히트펌프를 열 밸런스 처리부(50)에 연결하는 방식은 기존의 사고를 초월하여 공기열 히트펌프(301)가 직접열을 생산해야 한다는 고정관념을 탈피한 것으로, 상기 공기열 히트펌프(301)를 지열처리부(10) 대신 사용하는 개념이며, 상기 지열처리부(10)에 비해 투자비가 저렴하면서도 열 방출 효과가 우수하며, 유지 보수가 용이하고, 냉수든 온수든 부족분을 자유롭게 보충해 줄수 있어 지열과 공기열의 조화는 상호간의 단점을 보완할 수 있는 것이다.In particular, the method of connecting the air heat heat pump to the heat
일반적으로 지열히트펌프 냉,난방시스템을 구성할 때 지열처리부(10)의 하절기 열 방출 효과에 문제가 많아 냉각탑(cooling Tower)을 설치하고 있으나, 상기 공기열히트펌프(301)를 설치한다면 냉각탑도 필요없고 지열처리부(10)를 축소할수있어 안정적이고 효율적인 냉,난방이 가능하기 때문이다.In general, when constructing a geothermal heat pump cooling and heating system, there is a problem in the heat release effect of the geothermal
또한, 본 발명은 도면으로 도시하지 않았지만, 공장에서 발생하는 폐열을 이용할 수 있는데, 이는 클린룸Clean Room)의 항온. 항습용 온, 냉수 열의 밸런스(Balance)를 이용하거나, 이용가능한 폐열 종류로서 Process Cooling Water, Compressor 냉각수, Scrubber 보일러 배기열, 소각로폐열, 전기실폐열, 작업장폐열 냉동기 냉각수 폐열, 가스터빈 연도가스 폐열등을 다방면으로 이용할 수도 있는 것이다.In addition, although the present invention is not shown in the drawings, it is possible to use waste heat generated in the factory, which is a constant temperature of the Clean Room. Various types of waste heat can be used, such as Process Cooling Water, Compressor Cooling Water, Scrubber Boiler Exhaust Heat, Incinerator Waste Heat, Electric Waste Heat, Workplace Waste Heat Freezer Cooling Water Waste Heat, Gas Turbine Flue Gas Waste Heat, etc. It can also be used as.
이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 히트펌프에 축열 또는 축냉 기능으로 사용되거나 또는 축열 및 축냉 기능으로 이원화되는 복수의 매체 저장부를 연결 구성하는 한편, 복수의 매체 저장부내에 각각 복수의 디퓨저를 구성한 것으로, 이를 통해 축열조(또는 축냉조)의 동시 운전시 발생하는 온도 제어 불안 및 유량 불균형 문제를 해소하고, 지열 및 폐열 이용 설비가 효율성과 내구성면에서 우수하나 시공비가 과다한문제점을 개선하기위해 축열식 양방향 에너지 활용시스템으로 장비 용 량을 최소화하며, 냉수 및 온수의 온도 불균형으로 인해 지열공의 설치수량을 증가시켜야 하는 문제점을 개선하는 한편, 오수나 폐수 방류조의 열량, 전기실의 발열 폐열, 장비(콤프레셔 등)의 폐열 등 산재해 있는 폐 에너지를 최대한 활용하면서 냉난방 시스템의 동작에 따른 지열공 회복시간을 충분히 확보하여 장비 가동효율을 높일수있도록 경제형 지열축열식 냉,난방 설비의 보급확산에 기여하고, 시공비 절감 및 운용기술의 합리화로 소비자 만족도를 향상시켜, 폐열 및 폐가스등 다양한 폐에너지를 시스템적으로 연결함으로써 환경 피해 확산 예방은 물론, 엄청난 경제적 효과를 창출하는 효과를 얻을 수 있도록 하기 위함이다.As described above, the present invention connects and configures a plurality of medium storage units that are used as heat storage or heat storage functions in a heat pump or is dualized by heat storage and heat storage functions, and comprises a plurality of diffusers in each of the plurality of medium storage parts. This eliminates the problems of temperature control and flow imbalances caused by simultaneous operation of heat storage tanks (or cold storage tanks), and utilizes heat storage bidirectional energy to improve the problems of geothermal and waste heat utilization facilities in terms of efficiency and durability but excessive construction costs. The system minimizes the equipment capacity and improves the problem of increasing the installation quantity of geothermal holes due to the temperature imbalance of cold and hot water, while the heat of sewage and wastewater discharge tanks, the heat generated from the electric chamber, the waste heat of equipment (compressor, etc.) Of the heating and cooling system while maximizing the waste energy It contributes to the spread of economic geothermal heat storage cooling and heating facilities to increase the efficiency of equipment operation by securing sufficient recovery time of geothermal air according to the operation, and improves customer satisfaction by reducing construction cost and rationalization of operation technology, and various waste heat and waste gas. By connecting waste energy systematically, it is possible not only to prevent the spread of environmental damage, but also to produce an enormous economic effect.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.The present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various modifications can be made by any person having ordinary skill in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, such changes will fall within the scope of the claims.
Claims (15)
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