KR100821251B1

KR100821251B1 - 일체형 수대공기형식의 지열식 히트펌프시스템

Info

Publication number: KR100821251B1
Application number: KR1020060126967A
Authority: KR
Inventors: 이춘우
Original assignee: 주식회사 탑솔
Priority date: 2006-12-13
Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2008-04-11

Abstract

본 발명의 일체형 수대공기형식의 지열식 히트펌프시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 베이스의 상부면에 가이드대가 설치되고, 상기 가이드대의 상부면에 실외 판형열교환기가 설치되며, 상기 베이스의 상부면에 다수개의 압축기와 4방변 밸브와 유분리기와 기액분리기 및 지열수 펌프가 설치됨으로써, 다방면에 분산되었던 구조가 일체형으로 한 곳에 집약 형성되어 사용자가 제어 및 수리, 교체가 편리하며, 공간에 제약을 받지 않고, 상기 실외 판형열교환기와 상호 열교환되는 열매체의 양을 최소로 하며, 냉,난방에 필요한 에너지를 절약하는 특징이 있다.

이를 위해, 본 발명은 지열히트펌프 시스템에 있어서, 단면상 "┏┓" 형상을 취하는 가이드대가 상부면에 형성된 베이스와;

상기 가이드대의 상부면에 설치되고, 지중(Under ground)의 지열에 의해 형성된 지열수가 공급되는 지열수 공급관과 저온저압의 냉매가스와 열교환된 지열수를 다시 지중으로 이송시키는 지열수 이송관이 일단부에 설치되는 실외 판형열교환기와, 상기 실외 판형열교환기의 지열수 공급관와 연통되어 지열수를 열교환기로 공급하도록 상기 베이스의 상부면 일측에 설치되는 지열수 펌프로 구성되고, 상기 실외 판형열교환기는 난방시에 지열수 펌프로부터 지열수의 열을 흡수하도록 증발기로 전환되고, 냉방시에는 공급되는 지열수의 열을 방출하도록 응축기로 전환되는 지열시스템과;

상기 베이스의 상부면 타측에 설치되어 냉매가스의 압축용량을 조절할 수 있 도록 1대 이상의 콤프레샤가 병렬로 형성된 압축기와, 상기 베이스의 상부면 일측에 설치되어 냉매가스와 냉매액을 분리하는 기액분리기와, 상기 베이스의 상부면 일측에 설치되어 오일슬러지 등을 제거하는 유분리기(OIL SEPARATOR)와, 상기 가이드대의 측면에 설치되어 압축기로부터 고온고압으로 형성된 냉매가스의 방향을 전환시키는 4방변 밸브와, 상기 4방변 밸브에 형성된 냉매관(P2,가스관)과 연통되어 냉매가스가 이송되는 실내 열교환기로 구성되고, 상기 실내 열교환기는 난방시에 압축기로부터 공급되는 냉매가스의 열을 방출하도록 응축기로 전환되고, 냉방시에는 실내의 열을 흡수하도록 증발기로 전환되는 히트펌프시스템과;

상기 히트펌프시스템과 지열시스템을 제어하도록 외부에 형성된 제어기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

지열, 냉난방, 히트펌프, 열교환기, 압축기, 냉매가스

Description

일체형 수대공기형식의 지열식 히트펌프시스템{A Geothmal Heat-pump System}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 수대공기형식의 지열식 히트펌프시스템을 나타낸 전방 사시도이고,

도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 수대공기형식의 지열식 히트펌프시스템을 나타낸 후방 사시도이고,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 수대공기형식의 지열식 히트펌프시스템으로써 난방상태를 나타낸 개략도이고,

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 수대공기형식의 지열식 히트펌프시스템으로써 냉방상태를 나타낸 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 베이스 11 : 가이드대

20 : 실외 판형열교환기 23 : 지열수 펌프

30 : 압축기 40 : 기액분리기

50 : 유분리기 60 : 4방변 밸브

70 : 실내 열교환기 80 : 제 1 전자팽창변 밸브

90 : 제 2 전자팽창변 밸브 95 : 체크밸브

100 : 제어기

본 발명의 일체형 수대공기형식의 지열식 히트펌프시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 베이스의 상부면에 가이드대가 설치되고, 상기 가이드대의 상부면에 실외 판형열교환기가 설치되며, 상기 베이스의 상부면에 다수개의 압축기와 4방변 밸브와 유분리기와 기액분리기 및 지열수 펌프가 설치됨으로써, 다방면에 분산되었던 구조가 일체형으로 한 곳에 집약 형성되어 사용자가 제어 및 수리, 교체가 편리하며, 공간에 제약을 받지 않고, 상기 실외 판형열교환기와 상호 열교환되는 열매체의 양을 최소로 하며, 냉,난방에 필요한 에너지를 절약하는 일체형 수대공기형식의 지열식 히트펌프시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 사용되고 있는 가정 및 산업용 에너지원은 석유나 천연가스와 같은 화석 연료 또는 핵연료 등이 있는데, 이러한 에너지원 사용은 환경오염의 주원인을 발생시킬 뿐만 아니라 매장량의 한계가 있기 때문에, 이러한 문제점의 대책으로 대체에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다.

또한, 냉난방을 위하여 사용되는 에너지원으로는 석탄, 석유, 천연가스 등과 같은 화석연료를 이용하거나, 또는 이들 화석연료나 원자력을 이용하여 생산된전력 에너지를 주로 사용하고 있다.

그러나 화석연료는 연소과정에서 발생하는 각종 공해물질로 인하여 수질 및 환경을 오염시키는 단점이 있으므로, 근래에는 이를 대신할 수 있는 대체 에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다.

이러한 대체 에너지 중에서도 무한한 에너지원을 갖는 풍력, 태양열, 지열 등에 관한 연구와 이를 이용한 냉난방장치가 사용되고 있는데, 이들 에너지원은 공기오염과 기후변화에 거의 영향을 미치지 않으면서 에너지를 얻을 수 있는 장점이 있는 반면 에너지 밀도가 대단히 낮은 단점이 있다.

특히, 풍력과 태양열을 이용하여 에너지를 얻기 위해서는 설치장소의 한계와 함께 넓은 면적이 확보되어야 하며, 이 장치들은 단위장치당 에너지 생산용량이 적고 또한 설치 및 유지관리에 많은 비용이 소요된다.

대체에너지의 일원인 지열에너지는 지하 깊은 곳의 고온 지열을 이용하여 발전 등에 활용되기도 하고, 10~20℃의 지열을 이용하여 냉난방 시스템에 적용되기도 하는데, 지열을 이용하여 건물 등의 냉난방기술에 적용하는 경우, 기존 냉난방장치에 비하여 최대 40% 이상의 에너지를 절감할 수 있으며, 40~70%의 에너지 발생비용을 절감할 수 있는 것으로 알려져 있다.

이러한 지열을 이용하여 건물 내의 냉난방을 목적으로 지하수와 같은 천연 열저장소를 이용하는 전기장치인 지열 히트펌프 시스템은, 지중 열교환기를 구비하여 상기 열교환기에 의해 하절기에는 지중으로 열을 방출하고 동절기에는 지중으로부터 열을 흡수하는 것으로, 연중 10~20℃로 거의 일정한 온도를 유지한 지온에 의 해 냉난방 성능이 저하되지 않아 안정적인 운전이 가능하다.

따라서, 설치 및 유지관리에 상대적으로 저렴한 비용이 소요되는 지열에너지를 이용한 냉난방장치들이 많이 이용되고 있는데, 이것은 온도가 10~20℃인 지중의 열 에너지를 이용하는 기술이다.

통상적으로 사용되는 지열을 이용한 냉난방장치는 지열을 회수하기 위한 지열교환기와, 회수한 지열을 필요한 장소로 이동시켜 냉난방을 행하도록 하는 히트펌프로 구성된다.

그중 지열교환기의 설치는 대부분의 경우 여유가 있는 대지를 확보한 후, 대략 수직방향으로 보어홀(Bore-hole)을 굴착하여 열교환 파이프를 매설하는 형태로 설치된다.

이와 같은 지열교환기의 설치는 지표 가까이 암반이 없거나 사면 붕괴가 거의 없는 보다 큰 건물에 아주 적합하다. 이러한 지열교환기의 설치는 지하 50~200m 정도 깊이의 보어홀을 소정의 간격으로 굴착하고, 각 보어홀에는 한두번 감아 끝이 U자형인 파이프를 매설한다.

그리고, 파이프 설치 후 각 보어홀은 불투수성 재료인 벤토나이트나 시멘트로 채운 후 그라우팅한다. 그라우팅과정에서 지표수의 대수층 유입이나 인접 대수층의 부실로 인한 물의 침투를 막기 위해 특수한 재료로 보어홀을 채우게 된다.

그러나, 이러한 종래의 지열교환기는 보어홀에 열교환 파이프를 삽입하고 그라우팅작업을 하여 지열이 전도에 의하여 직접 순환배관에 전달되는 방식을 사용하고 있기 때문에, 축열기능을 부여할 수 없고 회수열량이 적기 때문에 열교환성능이 저하될수 밖에 없는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 지열교환기는 각각(압축기, 실외 열교환기등)의 장치들이 다방면에 설치되어 공간의 제약과 사용자가 일일이 다니면서 수리 및 교체를 해야하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,

베이스의 상부면에 가이드대가 설치되고, 상기 가이드대의 상부면에 실외 판형열교환기가 설치되며, 상기 베이스의 상부면에 다수개의 압축기와 4방변 밸브와 유분리기와 기액분리기 및 지열수 펌프가 설치됨으로써, 다방면에 분산되었던 구조가 일체형으로 한 곳에 집약 형성되어 사용자가 제어 및 수리, 교체가 편리하며, 공간에 제약을 받지 않는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 지열을 이용함으로써, 실외 판형열교환기와 상호 열교환되는 열매체의 양을 최소로 하며, 냉,난방에 필요한 에너지를 절약하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.

본 발명은 지열히트펌프 시스템에 있어서, 상기 히트펌프 시스템의 냉매가스 이동수단으로 형성된 압축기와; 상기 지열 시스템의 지열수 이송수단으로 형성된 지열수 펌프와; 상기 히트펌프 시스템의 냉매가스와, 지열 시스템의 지열수를 상호 열교환하는 실외 판형열교환기;를 하나의 유니트에 일체형 패키지로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 일체형 패키지 유니트의 구성은 단면상 "┏┓" 형상을 취하는 가이드대가 상부면에 형성된 베이스와; 상기 가이드대의 상부면에 설치되고, 지중(Under ground)의 지열에 의해 형성된 지열수가 공급되는 지열수 공급관과 저온저압의 냉매가스와 열교환된 지열수를 다시 지중으로 이송시키는 지열수 이송관이 일단부에 설치되는 실외 판형열교환기와, 상기 실외 판형열교환기의 지열수 공급관와 연통되어 지열수를 열교환기로 공급하도록 상기 베이스의 상부면 일측에 설치되는 지열수 펌프로 구성되고, 상기 실외 판형열교환기는 난방시에 지열수 펌프로부터 지열수의 열을 흡수하도록 증발기로 전환되고, 냉방시에는 공급되는 지열수의 열을 방출하도록 응축기로 전환되는 지열시스템과; 상기 베이스의 상부면 타측에 설치되어 냉매가스의 압축용량을 조절할 수 있도록 1대 이상의 콤프레샤가 병렬로 형성된 압축기와, 상기 베이스의 상부면 일측에 설치되어 냉매가스와 냉매액을 분리하는 기액분리기와, 상기 베이스의 상부면 일측에 설치되어 오일슬러지 등을 제거하는 유분리기(OIL SEPARATOR)와, 상기 가이드대의 측면에 설치되어 압축기로부터 고온고압으로 형성된 냉매가스의 방향을 전환시키는 4방변 밸브와, 상기 4방변 밸브에 형성된 냉매관(P2,가스관)과 연통되어 냉매가스가 이송되는 실내 열교환기로 구성되고, 상기 실내 열교환기는 난방시에 압축기로부터 공급되는 냉매가스의 열을 방출하도록 응축기로 전환되고, 냉방시에는 실내의 열을 흡수하도록 증발 기로 전환되는 히트펌프시스템과; 상기 히트펌프시스템과 지열시스템을 제어하도록 외부에 형성된 제어기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 더불어 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 지열식 히트펌프의 전방을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 지열식 히트펌프의 후방을 나타낸 사시도이다.

도 1 또는 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일체형 수대공기형식의 지열식 히트펌프시스템은 실외 판형열교환기(20), 지열수 펌프(23)로 구성되는 지열 시스템과, 압축기(30), 유분리기(50), 기액분리기(40), 실내 열교환기(70) 및 4방변 밸브(60)로 이루어진 히트펌프 시스템과 이것을 받치는 베이스(10)로 구성된다. 이때, 상기 지열시스템과 히트펌프시스템은 자동제어시스템인 제어기(100)에 의해 작동 조절된다.

여기서, 상기 일체형 수대공기형식은 지열식 히트펌프시스템에서 형성된 열원 냉매를 이용하여 실내 열교환기에서 송풍팬에 의한 공기와 열교환되는 것으로 냉매(수)와 송풍팬에 의한 공기(공기)

상기 베이스(10)는 직사각형으로 형성되어 각각의 모서리에 고정부재가 설치되어 설치공간에 제약을 받지않고, 고정도 볼트나 피스 등에 의해 간편하게 설치 가능하다. 여기서, 상기 베이스(10)의 상부에는 가이드대(11)가 중앙부에 길이방향 으로 설치되는데 상기 가이드대(11)는 단면상 "┏┓" 형상을 취하여 상부면에 각종 장치를 설치할 수 있게 평판으로 형성된다. 이때, 상기 가이드대(11)는 베이스(10) 상부에서 볼트나 피스에 결합되기 때문에 위치에 제약이 없다.

상기 지열시스템은 지중(Under ground)의 열을 이용하는 방법으로써, 상기 지열수 펌프(23)를 통해 실외 판형열교환기(20) 내에 지열수를 강제 이송시켜 냉매가스와 열교환을 통해 하절기에는 실내를 냉각하고, 동절기에는 실내를 난방토록 형성되어 히트펌프의 열교환 유니트와 상호 열교환하는 구조이다.

여기서, 상기 실외 판형열교환기(20)는 지중(Under ground)의 지열에 의해 형성된 지열수가 공급되도록 지중에 수직방향으로 매설된 지열수 공급관(21)이 일단면에 설치되고, 상기 지열수 공급관(21)을 통해 공급된 지열수가 내부에서 저온저압의 냉매가스와 열교환되어 열이 방출된 지열수를 다시 지중으로 이송시키는 지열수 이송관(22)이 일단부에 설치된다. 이때, 상기 실외 판형열교환기(20)는 베이스(10) 상부면에 설치된 가이드대(11)의 상부면 일단부에 설치된다.

그리고, 상기 실외 판형열교환기(20)의 일단면에는 실내 열교환기(70)에서 열을 방출한 냉매가스가 공급되도록 실내 열교환기(70)와 연통되는 냉매관(P4,액관)이 설치되고, 상기 냉매가스를 지열수와 열교환 시켜 압축기(30)에 공급하도록 4방변 밸브(60)와 연통되는 냉매관(P3)이 설치된다.

또한, 상기 냉매관(P4,액관)에는 실내 열교환기(70)에서 열을 방출한 냉매가스를 팽창시켜 실외 판형열교환기(20)에 공급하도록 제 2 전자팽창밸브(ELECTRONIC EXPANSION VALVE,EXV : 90)가 설치된다.

여기서, 상기 지열수 펌프(23)는 상기 실외 판형열교환기(20)의 지열수 공급관(21)와 연통되어 지열수를 실외 판형열교환기(20)로 공급하도록 상기 베이스(10)의 상부면 일측(베이스(10) 중앙에 형성된 가이드대(11)를 기준으로 도면 1상 후방방향)에 설치된다.

상기 히트펌프시스템은 저온의 열을 흡수하여 고온의 열로 끌어올리고, 히트펌프를 가동하여 응축기에서의 방출되는 고온의 열을 난방 및 급탕에 이용하며, 또한 증발기에서의 차가워진 열을 이용하여 건물의 냉,난방에 이용하는 것이다.

여기서, 상기 압축기(30)는 저온저압의 냉매가스를 고온고압의 냉매가스로 압축시키며, 부하량에 따라 조절가능하도록 1대의 정속형 콤프레샤와 1대의 인버터 콤프레샤를 병렬로 상기 베이스(10)의 상부면 일측(베이스(10) 중앙에 형성된 가이드대(11)를 기준으로 도면 1상 전방방향)에 설치하여 사용하고, 이때, 더욱 광범위한 부하량의 변화에 적합하도록 1대의 정속형 콤프레샤와 1대 이상의 인버터 콤프레샤를 병렬로 설치하여 사용하는 것도 가능하다.

또한, 상기 압축기(30)와 배관에 의해 연결된 기액분리기(40)는 베이스(10)의 상부면 일측(압축기와 압축기 사이인 베이스 상부면)에 설치되어 냉매가스와 냉매액을 분리한다. 이때, 상기 압축기(30)와 압축기(30) 사이에는 배관으로 연결되고, 상기 배관에서 분기되는 관이 상기 기액분리기(40)와 연결된다.

그리고, 상기 압축기(30)와 배관에 의해 연결된 유분리기(OIL SEPARATOR, 50)는 베이스(10)의 상부면 일측(압축기와 압축기의 사이와 기액분리기에서 일정간격 이격된 베이스 상부면)에 설치되어 오일슬러지 등을 제거한다. 이때, 상기 압축 기(30)와 압축기(30) 사이에는 배관으로 연결되고, 상기 배관에서 분기되는 관이 상기 유분리기(50)와 연결된다.

또한, 상기 4방변 밸브(60)는 가이드대(11)의 측면 일측에 설치되어 압축기(30)로부터 고온고압으로 형성된 냉매가스의 방향을 전환시키며, 상기 4방변 밸브(60)에는 실외 판형열교환기(20)와 연통된 냉매관(P3)과, 상기 실내 열교환기(70)와 연통되는 냉매관(P2,냉매액관)과, 상기 압축기(30)로부터 고온고압의 냉매가스가 공급되도록 형성되는 냉매관(P1)과, 상기 압축기(30)로 다시 냉매가스를 공급하도록 형성된 냉매관(P5)이 설치된다.

여기서, 상기 실내 열교환기(70)는 4방변 밸브(60)와 연통된 냉매관(P2,가스관)와 연결되어 실내(수요처)에 설치되고, 상기 실외 판형열교환기(20)와 연통된 냉매관(P4,액관)와도 연결되며, 상기 냉매관(P4,액관)에는 제 1 전자팽창변 밸브(ELECTRONIC EXPANSION VALVE,EXV, 80)가 설치되어 제어기(100)에 의해 조절 제어된다. 이때, 상기 제 1 전자팽창변 밸브(EXV, 80)는 실내 열교환기(70)의 출구 측 냉매관(P4,액관)에 형성된다.

상기 제어기(100)는 히트펌프시스템과 지열시스템에 신호를 보내어 작동시킨다.

이하에서는 상기와 같은 구성 및 구조를 갖는 본 발명에 따른 압축기 및 펌프가 일체형 수대공기형식의 지열식 히트펌프시스템의 냉,난방시 작동원리를 설명하도록 한다.

상기와 같은 구조에 의하면, 상기 4방변 밸브의 방향전환에 의하여,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 수대공기형식의 지열식 히트펌프시스템으로써 난방상태를 나타낸 개략도이다.

난방시에는,

상기 증발기 기능의 실외 판형열교환기(20)로부터 지열을 흡수한 냉매가스는 냉매관(P3)을 통하여 4방변 밸브(60)로 공급되며, 상기 4방변 밸브(60)에 공급되는 냉매가스는 냉매관(P5)을 통하여 압축기(30)에 공급되어 고온고압의 냉매가스로 전환된다.

상기 압축기(30)는 제어기(100)의 입력신호에 따라 냉매가스의 상태를 조절하여 냉매관(P1)을 통하여 다시 4방변 밸브(60)로 공급된다.

상기 압축기(30)로부터 4방변 밸브(60)로 공급되는 고온고압의 냉매가스는 냉매관(P2,가스관)을 통하여 응축기 기능을 하는 다수개의 실내 열교환기(70)에 공급된다.

상기 실내 열교환기(70)에 공급된 냉매가스는 실내에 열을 방출하고, 상기 실내 열교환기(70)에서 열을 방출한 냉매는 실내 열교환기(70)의 일단부에 형성되어 실외 판형열교환기(20)와 연통되는 냉매관(P4,액관)에 공급되되, 상기 실내 열교환기(70)의 출구 측 냉매관(P4,액관)에 형성된 제 1 전자팽창변 밸브(80)가 제어기(100)의 신호에 의해 열려(FULL OPEN) 냉매는 팽창되지 않은 상태에서 냉매관(P4,액관)에 공급된다.

상기 냉매관(P4,액관)에 공급된 냉매는 실외 판형열교환기(20)의 입구 측 냉 매관(P4,액관)에 형성된 제 2 전자팽창변 밸브(90)와 별도로 형성된 체크밸브(95) 중 역방향 체크밸브(95)로 유동되지 않고, 제 2 전자팽창변 밸브(90)에서 팽창되고, 상기 제 2 전자팽창변 밸브(90)에서 팽창된 냉매는 증발기 기능의 실외 판형열교환기(20)에 공급되어 지열수와 열교환되어 열을 흡수한다.

냉방시에는,

상기 증발기 기능의 실내 열교환기(70)로부터 실내의 열을 흡수한 냉매가스는 냉매관(P2,가스관)을 통하여 4방변 밸브(60)로 공급되며, 상기 4방변 밸브(60)에 공급된 냉매가스는 냉매관(P5)을 통하여 압축기(30)에 공급되어 고온고압의 냉매가스로 전환된다.

상기 압축기(30)는 제어기(100)의 입력신호에 따라 냉매가스 상태를 조절하여 냉매관(P1)을 통하여 다시 4방변 밸브(60)로 공급된다.

상기 4방변 밸브(60)로 공급된 고온고압의 냉매가스는 냉매관(P3)을 통하여 응축기 기능을 하는 실외 판형열교환기(20)에 공급된다.

상기 실외 판형열교환기(20)에 공급된 고온고압의 냉매가스는 열을 방출하고, 상기 실외 판형열교환기(20)에서 열을 방출한 냉매는 실외 판형열교환기(20)의 일단부에 형성되어 실내 열교환기(70)와 연통되는 냉매관(P4,액관)에 공급되되, 상기 실외 판형열교환기(20)의 출구 측 냉매관(P4,액관)에 형성된 제 2 전자팽창변 밸브(90)와 별도로 형성된 체크밸브(95) 중 제 2 전자팽창변 밸브(90)의 압력에 의해 상기 정방향 체크밸브(95)를 통해 냉매관(P4,액관)에 공급된다.

상기 냉매관(P4,액관)에 공급된 냉매는 실내 열교환기(70)의 입구 측 냉매관(P4,액관)에 형성된 제 1 전자팽창변 밸브(80)에서 팽창되고, 상기 제 1 전자팽창변 밸브(80)에서 팽창된 냉매는 증발기 기능의 실내 열교환기(70)에 공급되어 실내의 열을 흡수하도록 이루어진다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 일체형 수대공기형식의 지열식 히트펌프시스템는 베이스의 상부면에 가이드대가 설치되고, 상기 가이드대의 상부면에 실외 판형열교환기가 설치되며, 상기 베이스의 상부면에 다수개의 압축기와 4방변 밸브와 유분리기와 기액분리기 및 지열수 펌프가 설치됨으로써, 다방면에 분산되었던 구조가 일체형으로 한 곳에 집약 형성되어 사용자가 제어 및 수리, 교체가 편리하며, 공간에 제약을 받지 않는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 지열을 이용함으로써, 실외 판형열교환기와 상호 열교환되는 열매체의 양을 최소로 하며, 냉,난방에 필요한 에너지를 절약하는 효과가 있다.

Claims

지열히트펌프 시스템에 있어서,

상기 히트펌프 시스템의 냉매가스 이동수단으로 형성된 압축기(30)와;

상기 지열 시스템의 지열수 이송수단으로 형성된 지열수 펌프(23)와;

상기 히트펌프 시스템의 냉매가스와, 지열 시스템의 지열수를 상호 열교환하는 실외 판형열교환기(20);를 다수개의 관으로 연결하여 하나의 유니트에 일체형 패키지로 구성되되,

상기 일체형 패키지 유니트의 구성은,

단면상 "┏┓" 형상을 취하는 가이드대(11)가 상부면에 형성된 베이스(10)와;

상기 가이드대(11)의 상부면에 설치되고, 지중(Under ground)의 지열에 의해 형성된 지열수가 공급되는 지열수 공급관(21)과 저온저압의 냉매가스와 열교환된 지열수를 다시 지중으로 이송시키는 지열수 이송관(22)이 일단부에 설치되는 실외 판형열교환기(20)와, 상기 실외 판형열교환기(20)의 지열수 공급관(21)와 연통되어 지열수를 열교환기로 공급하도록 상기 베이스(10)의 상부면 일측에 설치되는 지열수 펌프(23)로 구성되고, 상기 실외 판형열교환기(20)는 난방시에 지열수 펌프(23)로부터 지열수의 열을 흡수하도록 증발기로 전환되고, 냉방시에는 공급되는 지열수의 열을 방출하도록 응축기로 전환되는 지열시스템과;

상기 베이스(10)의 상부면 타측에 설치되어 냉매가스의 압축용량을 조절할 수 있도록 1대 이상의 콤프레샤가 병렬로 형성된 압축기(30)와, 상기 베이스(10)의 상부면 일측에 설치되어 냉매가스와 냉매액을 분리하는 기액분리기(40)와, 상기 베이스(10)의 상부면 일측에 설치되어 오일슬러지 등을 제거하는 유분리기(OIL SEPARATOR, 50)와, 상기 가이드대(11)의 측면에 설치되어 압축기(30)로부터 고온고압으로 형성된 냉매가스의 방향을 전환시키는 4방변 밸브(60)와, 상기 4방변 밸브(60)에 형성된 냉매관(P2,가스관)과 연통되어 냉매가스가 이송되는 실내 열교환기(70)로 구성되고, 상기 실내 열교환기(70)는 난방시에 압축기로부터 공급되는 냉매가스의 열을 방출하도록 응축기로 전환되고, 냉방시에는 실내의 열을 흡수하도록 증발기로 전환되는 히트펌프시스템과;

상기 히트펌프시스템과 지열시스템을 제어하도록 외부에 형성된 제어기(100);

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 일체형 수대공기형식의 지열식 히트펌프시스템.
제 1항에 있어서, 상기 난방시에는,

증발기 기능의 실외 판형열교환기(20)로부터 지열을 흡수한 냉매가스를 실외 판형열교환기(20)의 일단면에 형성된 냉매관(P3)을 통해 4방변 밸브(60)로 공급되고,

상기 4방변 밸브(60)에 공급된 냉매가스는 4방변 밸브(60)의 일측에 형성된 냉매관(P5)을 통해 압축기(30)에 공급되어 고온고압의 냉매가스로 전환되며,

상기 압축기(30)에서 공급된 고온고압의 냉매가스는 압축기(30)의 일단부에 형성된 냉매관(P1)을 통해 다시 4방변 밸브(60)로 공급되고,

상기 4방변 밸브(60)에 공급된 고온고압의 냉매가스는 냉매관(P2,가스관)을 통해 응축기 기능을 하는 실내 열교환기(70)에 공급되어 열을 실내에 방출하고,

상기 실내 열교환기(70)에서 열을 방출한 냉매는 실내 열교환기(70)의 일단부에 형성되어 실외 판형열교환기(20)와 연통되는 냉매관(P4,액관)에 공급되되, 상기 실내 열교환기(70)의 출구 측 냉매관(P4,액관)에 형성된 제 1 전자팽창변 밸브(80)가 제어기(100)의 신호에 의해 열려(FULL OPEN) 냉매는 팽창되지 않은 상태에서 냉매관(P4,액관)에 공급되고,

상기 냉매관(P4,액관)에 공급된 냉매는 실외 판형열교환기(20)의 입구 측 냉매관(P4,액관)에 형성된 제 2 전자팽창변 밸브(90)와 별도로 형성된 체크밸브(95) 중 역방향 체크밸브(95)로 유동되지 않고, 제 2 전자팽창변 밸브(90)에서 팽창되고,

상기 제 2 전자팽창변 밸브(90)에서 팽창된 냉매는 증발기 기능의 실외 판형열교환기(20)에 공급되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 일체형 수대공기형식의 지열식 히트펌프시스템.
제 1항에 있어서, 상기 냉방시에는,

증발기 기능의 실내 열교환기(70)로부터 실내의 열을 흡수한 냉매가스가 냉매관(P2,가스관)을 통해 4방변 밸브(60)에 공급되고,

상기 4방변 밸브(60)에 공급된 냉매가스는 4방변 밸브(60)의 일측에 형성된 냉매관(P5)을 통해 압축기(30)에 공급되어 고온고압의 냉매가스로 전환되며,

상기 압축기(30)에서 공급된 고온고압의 냉매가스는 압축기(30)의 일단부에 형성된 냉매관(P1)을 통해 다시 4방변 밸브(60)에 공급되고,

상기 4방변 밸브(60)에 공급된 고온고압의 냉매가스는 실외 판형열교환기(20)의 일단면에 형성된 냉매관(P3)을 통해 응축기 기능을 하는 실외 판형열교환기(20)에 공급되어 열을 방출하고,

상기 실외 판형열교환기(20)에서 열을 방출한 냉매는 실외 판형열교환기(20)의 일단부에 형성되어 실내 열교환기(70)와 연통되는 냉매관(P4,액관)에 공급되되, 상기 실외 판형열교환기(20)의 출구 측 냉매관(P4,액관)에 형성된 제 2 전자팽창변 밸브(90)와 별도로 형성된 체크밸브(95) 중 제 2 전자팽창변 밸브(90)의 압력에 의해 상기 정방향 체크밸브(95)를 통해 냉매관(P4,액관)에 공급되고,

상기 냉매관(P4,액관)에 공급된 냉매는 실내 열교환기(70)의 입구 측 냉매관(P4,액관)에 형성된 제 1 전자팽창변 밸브(80)에서 팽창되고,

상기 제 1 전자팽창변 밸브(80)에서 팽창된 냉매는 증발기 기능의 실내 열교환기(70)에 공급되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 일체형 수대공기형식의 지열식 히트펌프시스템.
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