KR100852275B1 - 자연력을 이용한 축열식 냉난방시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉난방시스템에 관한 것으로 특히, 풍력, 태양에너지 및 수력으로부터 얻어진 재생에너지를 축적하여 냉방 또는 난방을 수행할 수 있는 자연력을 이용한 축열식 냉난방시스템에 관한 것이다.

이러한 본 발명에 따른 자연력을 이용한 축열식 냉난방시스템은 풍력, 태양력, 수력을 포함하는 자연동력원에 의해 구동되어 전기를 발생시키는 발전수단(1)과 ; 상기 자연동력원에 의해 구동되어 전기를 발생시키는 발전수단에서 얻은 전기의 출력을 제어하는 제어기와 ; 상기 제어기를 통해 감압 또는 증압된 전기를 공급받아 구동되는 히트펌프형 냉난방장치와 ; 상기 히트펌프형 냉난방장치에 의해 가열 또는 냉각된 냉매가 저장되는 축열조와 ; 실내에 설치되고, 상기 축열조와 연결되어 냉매가 순환함에 의해 실내를 냉방 또는 난방하는 열교환기를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

풍력, 수력, 태양력, 축열조, 제어기, 냉난방장치

Description

자연력을 이용한 축열식 냉난방시스템{Accumulation type Cooling and heating system using the nature force}

도 1은 본 발명에 따른 자연력을 이용한 축열식 냉난방시스템의 일예를 도시한 구성도이고,

도 3은 본 발명에 따른 자연력을 이용한 축열식 냉난방시스템의 또 다른 일예를 도시한 구성도이고,

도 4는 본 발명에 따른 자연력을 이용한 축열식 냉난방시스템의 또 다른 일예를 도시한 구성도이고,

도 5는 도 3에 도시한 자연력을 이용한 축열식 냉난방시스템에 구성된 냉난방장치와 지열집열수단과의 연결관계의 일예를 도시한 구성도이고,

도 6는 도 3에 도시한 자연력을 이용한 축열식 냉난방시스템에 구성된 냉난방장치와 지열집열수단과의 연결관계의 다른 일예를 도시한 구성도이고,

도 7은 종래의 자연력을 이용한 냉난방시스템의 일예를 도시한 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 발전수단

2 : 제어기

3 : 냉난방장치

4 : 축열조

4a : 순환관

5 : 실내열교환기

5a : 순환관

51 : 열교환코일

52 : 송풍기

6 : 펌프

7 : 지열집열수단

71 : 지열교환코일

72 : 연결관

8 : 방전부하

81 : 히팅코일

82 : 급탕탱크

본 발명은 냉난방시스템에 관한 것으로, 상세하게는 풍력, 수력, 태양력 등의 자연력으로부터 얻어진 전기에너지를 축열조에 축적시켜 난방 또는 냉방용으로 사용할 수 있게 한 자연력을 이용한 축열식 냉난방시스템에 관한 것이다.

더욱 상세하게는 별도의 축전 수단을 사용하지 않고 풍력, 수력 또는 태양력을 이용하여 전기를 얻은 후, 이 전력을 감압 또는 승압시킨 상태에서 직접 냉난방장치에 공급하여 압축기를 구동시켜 축냉 또는 축열시킨 후 축열조의 냉매를 축열 또는 축냉시킨 후 원할 때 사용할 수 있게 함으로서 별도의 축전 수단을 구성함에 따른 비용을 절감할 수 있게 한 자연력을 이용한 축열식 냉난방시스템에 관한 것이다.

자원의 고갈에 따라 자연력 즉, 풍력, 수력, 태양력을 이용하여 발전을 하고 이렇게 발전된 전기를 이용하기 위한 기술이 많이 개발되어 사용되고 있다.

이러한 자연력을 이용하여 발전을 하고 이러한 전기를 이용한 시스템의 일예를 도 7에 개략적으로 도시하였다.

도시한 바와 같이 자연력을 이용한 발전 시스템 특히, 자연력을 이용하여 얻어진 전기를 이용한 냉난방시스템은 태양전지, 풍차, 수차 등의 자연을 이용한 다수의 발전수단(100)과, 이 발전 수단에서 발생된 전기를 축전시키는 축전수단(200)과, 다수의 발전수단(100)과 축전 수단의 연결을 제어하는 제어수단(300)과 발전수단(100)에 의해 얻어진 전기를 소전의 전압값을 갖는 교류로 변환하기 위한 인버터(400) 및 인버터(400)에 의해 변환된 전기를 공급받아 실내의 냉난방을 수행하는 냉난방수단(500)을 포함하여 구성된다.

이렇게 구성된 종래의 자연력을 이용한 냉난방시스템은 상기한 바와 같이 냉난방수단(500)에 전기를 공급하기 위해서는 발전수단(100)에 의해 발전된 전기를 축전수단(200)을 통해 축전시킨 후 이를 인버터(400)로 변환하여 함으로서 축전수단(200)과 인버터(400)등의 전자 장비가 많이 요구되어 전체 시스템을 구축함에 많은 비용이 소모되는 문제가 있다.

또한 이러한 종래의 자연력을 이용한 냉난방시스템은 발전수단의 구동이 어려울 때 즉, 발전수단을 통해 전기를 공급받을 수 없을 때 전기를 공급받기 위해 상용전원 등의 보조 전원을 더 구비하여야 함으로 전체 구성이 복잡할 뿐만 아니라, 전체 시스템 구축에 많은 비용이 소요되는 단점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로, 구성이 단순하여 초기 구축 비용을 절감할 수 있는 자연력을 이용한 축열식 냉난방시스템을 제공함을 목적으로 한다.

특히, 본 발명은 자연력을 이용한 발전 수단에 의해 발전된 전기를 제어기를 통해 원하는 전압으로 승압 또는 감압한 후 직접 냉난방장치에 공급하여 냉난방장치를 구동시키고 이렇게 냉난방장치의 구동에 의해 냉각 또는 가열된 냉매로 축열조의 냉매를 가열 또는 냉각시켜 축열시킨 후 원하는 시간 원하는 장소에 공급할 수 있게 함으로서 자연동력원으로부터의 전원 공급이 이루어지지 않아도 냉난방을 수행할 수 있게 한 자연력을 이용한 축열식 냉난방시스템을 제공함을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자연력을 이용한 축열식 냉난방시스템은 풍력, 태양력, 수력을 포함하는 자연동력원에 의해 구동되어 전기를 발생시키는 발전수단과 ; 상기 발전수단으로부터 얻은 전기의 출력을 제어하는 제어기와 ; 상기 제어기를 통해 감압 또는 증압된 전기를 공급받아 구동되는 히트펌프형 냉난방장치와 ; 상기 히트펌프형 냉난방장치에 의해 가열 또는 냉각된 냉매가 저장되는 축열조와 ; 실내에 설치되고, 상기 축열조와 연결되어 냉매가 순환함에 의해 실내를 냉방 또는 난방하는 열교환기를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.

도시한 바와 같이 본 발명에 따른 자연력을 이용한 축열식 냉난방시스템은 풍력, 태양력, 수력을 포함하는 자연동력원에 의해 구동되어 전기를 발생시키는 발전수단(1)과 ; 상기 발전수단(1)으로부터 얻은 전기를 출력을 제어하는 제어기(2)와 ; 상기 제어기(2)를 통해 감압 또는 증압된 전기를 공급받아 구동되는 히트펌프형 냉난방장치(3)와 ; 상기 히트펌프형 냉난방장치(3)에 가열 또는 냉각된 냉매가 축적 저장되는 축열조(4)와 ; 실내에 설치되고, 상기 축열조(4)와 연결되어 냉매의 온기나 냉기에 의해 실내를 냉방 또는 난방하는 열교환기(5)를 포함하여 구성된다.

상기 발전수단(1)은 바람에 의해 회전하는 풍차의 회전에 의해 전기를 발생시키는 풍력발전기, 물의 흐름에 의해 회전하는 수차의 회전에 의해 전기를 발생시키는 수력발전기, 햇빛에 의해 전기를 발생시키는 태양전지 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 하나의 발전수단(1)만으로 생산된 전기가 냉난방장치(3)를 구동시킴에 부족할 경우에는 다수를 발전수단(1)을 병렬 또는 직렬로 연결하여 구성할 수 있으며, 이렇게 다수의 발전수단(1)을 병렬 또는 직렬로 연결함으로서 이들 각 발전수단(1)에 의해 발전된 전기를 제어하여 냉난방장치(3)에 적합한 전압의 전기로 변환시켜야 하며, 이러한 변환 수단으로 상기한 제어기(2)가 구비되어 있다.

상기 제어기(2)는 상기한 바와 같이 각 발전수단(1)으로부터 발전된 전기의 전압, 전류 등을 제어하여 상기 냉난방장치(3)에 공급하기 위한 수단으로 이러한 제어수단은 이미 많이 개발되어 사용되는 것으로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

상기 냉난방장치(3)는 통상적으로 냉난방에 사용되는 히트펌프형 냉난방장치를 이용하여 구성될 수 있으며, 그 구체적인 구성을 살펴보면 아래와 같다.

즉, 상기 냉난방장치(3)는 냉매를 압축시키는 압축기(31)와 ; 압축기에 의해 압축된 냉매를 증발 또는 응축시키는 제1열교환기(32)와 ; 상기 제1열교환기(32)가 내부에 설치되어 제1열교환기(32)의 작동에 의해 그 내부에 저장된 냉매가 가열 또는 냉각되고, 상기 축열조(4)와 순환관(41)에 의해 연결된 냉매탱크(33)와 ; 압축된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(34)와 ; 냉매를 증발 또는 응축시켜 온기 또는 냉기를 외부로 발산하는 제2열교환기(35)와 ; 상기 제2열교환기(35)의 열이나 냉기를 외부로 배출시키는 송풍기(36)를 포함하여 구성된다.

위와 같이 구성된 냉난방장치(3)는 상기 발전수단(1)에 의해 방전되어 공급되는 전기에 의해 구동되며, 냉매의 방향에 따라 난방 또는 냉방을 수행한다.

위와 같이 구성된 냉난방장치(3)의 구성에 있어서 전체적인 구조는 종래의 히트펌프형 냉난방장치와 동일 유사하나 상기 발전수단(1)으로부터 발전된 전기가 직류이고, 이 직류 전원에 적당한 직류전원으로 구동되는 것이 바람직하고, 냉매의 열기나 냉기를 상기 축열조(4)에 전달하기 위해 상기 제1열교환기(32)의 외부를 감싸도록 냉매탱크(33)가 구비되어 있고, 상기 냉매탱크(33)와 상기 축열조(4)가 순환관(4a)에 의해 연결되어 있어 축열조(4)의 냉매가 상기 순환관(4a)을 통해 상기 냉매탱크(33)에 공급되어 냉기 또는 열기를 흡수한 후 축열조(4)로 복귀하여 저장된다.

상기 축열조(4)에 저장된 냉매는 상기 실내열교환기(5)를 통과하면서 외부에 냉기 또는 온기를 발산하여 실내의 난방 또는 냉방을 이룬다.

상기 축열조(4)에는 도 4에 도시한 바와 같이 다수의 실내열교환기(5)가 연결될 수 있으며, 이렇게 하나의 축열조(4)에 다수의 실내열교환기(5)를 연결하기 위해 축열조(4)와 실내열교환기(5)사이에는 헤더(미설명 부호)를 설치할 수 있다.

상기 축열조(4)는 그 내부에 냉매가 저장되는 공간을 갖는 통체나 건축물로서 내부에 저장되는 냉매로는 물이나 냉매가스를 비롯한 냉난방장치용 냉매가 사용될 수 있으며, 단열이 우수하여 내부에 저장된 냉매의 냉기나 열기가 외부로 누출되는 것이 방지되어 있다. 이러한 축열조(4)는 이미 많이 개발되어 있는 것을 선택적으로 채용하여 구성될 수 있다.

상기 실내열교환기(5)는 도 1내지 도 6에 도시한 바와 같이 상기 축열조(4)와 연결된 순환관(5a)의 중단에 연결되어 내부에 순환하는 냉매의 온기나 냉기를 외부로 발산하는 열교환코일(51)과 ; 상기 열교환코일(51)의 냉기나 온기를 실내로 송풍하는 송풍기(52)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성된 자연력을 이용한 냉난방시스템에 있어서, 상기 발전수단(1)은 상기한 바와 같이 풍력, 수력 또는 태양력을 이용한 것으로 이들은 자연 현상에 따라 발전 용량이 달라지며, 심할 경우에는 발전수단(1)으로부터 전기를 공급받을 수 없을 수 있다. 이럴 경우 보조 동력원에 의해 전기를 공급받지 않고도 상기 축열조(4)에 기 저장된 냉기 또는 온기로 냉방이나 난방을 수행할 수 있다.

상기와 같이 구성된 냉난방시스템은 냉난방 효율을 높이기 위해 지열집열수단(7)을 더 구비할 수 있다.

상기 지열집열수단(7)은 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 냉난방장치(3)에 병렬 또는 직렬로 연결되어 냉난방장치(3)를 구성하는 냉매관을 흐르는 냉매를 예열하거나 보조적으로 냉각 또는 가열하는 수단으로서 이러한 지열집열수단(7)은 지중의 수중 또는 댐이나 강의 수중에 매설되어 수온에 의한 냉기나 열기를 열교환하는 지열교환코일(71)과 ; 상기 지열교환코일(71)의 양단을 상기 냉난방장치(3)에 구성된 제2열교환기(35)와 직렬 또는 병렬로 연결시키는 연결관(72)을 포함하여 구성된다.

이러한 지열집열수단(7)은 본 출원인에 의해 개발 및 출원되어 등록된 것 중 어느 하나를 채용하여 사용할 수 있는 것으로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

또한, 상기 제어기(2)에는 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 냉난방장치(3)의 정지 또는 발전수단(1)으로부터 얻어진 전기의 양이 기준치에 미달할 경우 이를 방전하기 위한 방전부하(8)가 더 구비될 수 있다.

이렇게 방전부하(8)를 더 구비함으로서 발전수단으로부터의 과도한 전력이나 냉난방장치의 정지시의 전력을 소비함으로서 제어기에 과도한 전력이 제공됨에 따른 고장을 방지할 수 있다.

상기 방전부하(8)로는 전기의 공급에 의해 발열하는 히팅코일(81)을 구비한 급탕탱크(82)를 설치함이 바람직하다.

이렇게 방전부하(8)를 유용한 급탕용으로 사용함으로서 얻어진 전력을 불필요하게 낭비하는 것을 방지할 수 있다.

상기 급탕탱크(82)는 헤더를 통하여 각 여러 가정으로 제공될 수 있으며, 이렇게 가열된 온수를 송수하기 위해 각 급탕 온수 파이프에는 펌프를 더 설치할 수 있다.

위와 같이 구성된 냉난방시스템의 각 냉매관 또는 순환관들에는 도시한 바와 같이 펌프(6)를 설치하여 냉매의 흐름을 조절할 수 있으며, 더불어 각 관에는 밸브(미도시)를 설치하여 냉매의 흐름을 단속할 수 있다. 이러한 밸브의 경우 전기신호에 이해 작동하는 전자변을 설치함으로서 자동으로 조절될 수 있게 할 수도 있다. 이러한 전자변의 제어 등과 관련된 기술은 본 발명이 속하는 기술 반야에 종사하는 자에게는 이미 알려진 기술로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상술한 바와 같은 본 발명은 자연력을 이용한 발전 수단에 의해 발전된 전기를 제어기를 통해 원하는 전압으로 승압 또는 감압한 후 직접 냉난방장치에 공급하여 냉난방장치를 구동시키고 이렇게 냉난방장치의 구동에 의해 냉각 또는 가열된 냉매로 축열조의 냉매를 가열 또는 냉각시켜 축열시킨 후 원하는 시간 원하는 장소 에 공급할 수 있게 함으로서 상용전원의 과부하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 자연력을 이용한 냉난방장치에 구성되는 축전수단이나 인버터 등의 전자 장치를 사용하지 않고 냉난방시스템을 구성할 수 있으므로 냉나낭시스템의 구축에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 풍력, 태양력, 수력을 포함하는 자연동력원의 구동에 의해 전기를 발생시키는 발전수단(1)과 ;

   상기 발전수단(1)으로부터 얻은 전기의 출력을 제어하는 제어기(2)와 ;

   상기 제어기(2)를 통해 감압 또는 증압된 전기를 공급받아 구동되는 히트펌프형 냉난방장치(3)와 ;

   상기 히트펌프형 냉난방장치(3)에 가열 또는 냉각된 냉매가 축적 저장되는 축열조(4)와 ;

   실내에 설치되고, 상기 축열조(4)와 연결되어 냉매의 온기나 냉기에 의해 실내를 냉방 또는 난방하는 실내열교환기(5)를 포함하여 구성되고,

   상기 제어기(2)에는 상기 냉난방장치(3)의 정지 또는 발전수단(1)으로부터 얻어진 전기의 양이 많을 경우 이를 방전하기 위한 방전부하(8)가 더 구비됨을 특징으로 하는 자연력을 이용한 축열식 냉난방시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 발전수단(1)은 풍차의 회전에 의해 전기를 발생시키는 풍력발전기, 수차의 회전에 의해 전기를 발생시키는 수력발전기, 햇빛에 의해 전기를 발생시키는 태양전지 중 어느 하나임을 특징으로 하는 자연력을 이용한 축열식 냉난방시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 냉난방장치(3)는

   냉매를 압축시키는 압축기(31)와 ;

   압축기에 의해 압축된 냉매를 증발 또는 응축시키는 제1열교환기(32)와 ;

   상기 제1열교환기(32)가 내부에 설치되어 제1열교환기(32)의 작동에 의해 그 내부에 저장된 냉매가 가열 또는 냉각되고, 상기 축열조(4)와 순환관(4a)에 의해 연결된 냉매탱크(33)와 ;

   압축된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(34)와 ;

   냉매를 증발 또는 응축시켜 온기 또는 냉기를 외부로 발산하는 제2열교환기(35)와 ;

   상기 제2열교환기(35)의 열이나 냉기를 외부로 배출시키는 송풍기(36)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 자연력을 이용한 축열식 냉난방시스템.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 축열조(4)에는 다수의 열교환기(5)가 병렬 연결됨을 특징으로 하는 자연력을 이용한 축열식 냉난방시스템.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 열교환기(5)는 상기 축열조(4)와 연결된 순환관(5a)의 중단에 연결되어 내부에 순환하는 냉매의 온기나 냉기를 외부로 발산하는 열교환코일(51)과 ;

   상기 열교환코일(51)의 냉기나 온기를 실내로 송풍하는 송풍기(52)를 포함하 여 구성됨을 특징으로 하는 자연력을 이용한 축열식 냉난방시스템.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 냉난방장치(3)에는 지열집열수단(7)이 병렬 또는 직렬로 더 연결됨을 특징으로 하는 자연력을 이용한 축열식 냉난방시스템.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 지열집열수단(7)은 지중의 수중 또는 댐이나 강의 수중에 매설되어 수온에 의한 냉기나 열기를 열교환하는 지열교환코일(71)과 ;

   상기 지열교환코일(71)의 양단을 상기 냉난방장치(3)에 구성된 제2열교환기(35)와 직렬 또는 병렬로 연결시키는 연결관(72)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 자연력을 이용한 축열식 냉난방시스템.
8. 삭제
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 방전부하(8)는 전기의 공급에 의해 발열하는 히팅코일(81)를 구비한 급탕탱크(82)임을 특징으로 하는 자연력을 이용한 축열식 냉난방시스템.

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