KR100984704B1

KR100984704B1 - 우수를 이용한 지열히트펌프시스템

Info

Publication number: KR100984704B1
Application number: KR1020100054311A
Authority: KR
Inventors: 신정수; 박종우
Original assignee: 주식회사 제이앤지
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2010-06-09
Publication date: 2010-10-01

Abstract

본 발명은 지열히트펌프시스템/에 관한 것으로서, 지열과 함께 빗물의 열원을 이용하여 냉난방할 수 있도록 구성한 우수를 이용한 지열히트펌프시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 우수를 이용한 지열히트펌프시스템은 냉매가 제1열교환기, 실내기, 압축기, 사방변, 팽창밸브를 순환하는 히트펌프와, 지중에 매설된 지열열교환기와, 상기 지열열교환기와 상기 제1열교환기를 연결하며 열전달매체가 순환하는 제1순환라인과, 상기 제1순환라인에서 분기된 분기관이 연결되어 상기 열전달매체가 분기관을 따라 순환하는 우수열교환기와, 빗물을 저장하는 우수조와, 상기 우수열교환기와 상기 우수조를 연결하며 상기 우수조에 채워진 빗물이 순환하는 제2순환라인을 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

우수를 이용한 지열히트펌프시스템{Geothermal Heat Pump System with Rainwater}

본 발명은 지열히트펌프시스템에 관한 것으로서, 특히 지열 및 태양열과 함께 빗물의 열원을 이용하여 냉난방할 수 있도록 구성한 것이다.

도면에서 도 1은 냉매로 실내를 냉난방하는 히트펌프시스템을 나타낸 개념도이다.

도 1에 보이듯이, 지열을 이용한 히트펌프시스템에서 히트펌프(11)는 제1열교환기의 기능을 수행하는 실내기(19)와 제2열교환기(22), 압축기(13), 팽창밸브(14), 액분리기(15) 및 사방변(16)을 구비하며 냉매가 순환한다. 한편, 지중에는 지열열교환기(18)가 매설되며, 지열열교환기(18)와 제2열교환기(22)를 열전달매체가 순환하면서 냉매의 열을 지하로 방열하거나 지열을 흡열하여 냉매로 전달한다.

여기에서 실내에 설치된 다수 개의 실내기(19)는 냉방 시에는 증발기의 기능을 수행하고 난방 시에는 응축기의 기능을 수행한다.

따라서 냉방 운전모드 시에는 압축기(13)에서 배출된 냉매가 제2열교환기(22), 팽창밸브(14), 실내기(19), 사방변(16), 액분리기(15)를 거쳐 압축기(13)로 유입되는 순서로 순환한다. 반면에 난방 운전모드 시에는 냉방 운전모드 시의 냉매 순환방향과 반대방향으로 순환하다. 구체적으로 난방 운전모드시에는 압축기(13)에서 배출된 냉매는 사방변(16), 실내기(19), 팽창밸브(14), 제2열교환기(22), 사방변(16), 액분리기(15)를 거쳐 압축기(13)로 유입되는 순으로 순환한다.

이와 같이 냉각 시에는 실내기(19)에서 냉매가 흡열하면서 실내(31)를 냉방하게 되고, 난방 시에는 실내기(19)에서 냉매가 방열하면서 실내(31)를 난방하게 된다.

이와 같이 지열을 이용하여 냉난방하는 지열히트펌프시스템은 지열만을 이용하여 냉난방함에 따라 용량 자체가 커진다는 단점이 있다. 실내를 냉난방하는 열원으로서 지열 외에 빗물(우수), 태양열 등의 다른 열원이 있다면, 지열히트펌프시스템의 용량을 줄여 단가를 낮출 수 있으나 종래의 지열히트펌프시스템은 다른 열원을 이용하지 못함에 따라 용량이 커질 수밖에 없다는 단점이 있다.

본 발명은 앞에서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 지열 뿐만 아니라 빗물을 열원으로 사용할 수 있게 구성한 지열히트펌프시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 우수를 이용한 지열히트펌프시스템은 냉매가 제1열교환기, 실내기, 압축기, 사방변, 팽창밸브를 순환하는 히트펌프와, 지중에 매설된 지열열교환기와, 상기 지열열교환기와 상기 제1열교환기를 연결하며 열전달매체가 순환하는 제1순환라인과, 상기 제1순환라인에서 분기된 분기관이 연결되어 상기 열전달매체가 분기관을 따라 순환하는 우수열교환기와, 빗물을 저장하는 우수조와, 상기 우수열교환기와 상기 우수조를 연결하며 상기 우수조에 채워진 빗물이 순환하는 제2순환라인을 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제1순환라인에서 분기된 상기 분기관에는 제1밸브와 제2밸브가 장착되어 열전달매체가 상기 우수열교환기와 상기 지열열교환기로 순환하도록 제어하거나 또는 상기 지열열교환기로 순환하도록 상기 제1밸브와 상기 제2밸브에서 제어한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 우수조에는 수온센서가 장착되어 설정된 온도와 상기 수온센서에 측정된 온도를 비교하여 상기 제1밸브와 제2밸브를 개폐한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 우수조에는 수위센서가 장착되며 측정한 수위와 설정된 수위를 비교하여 상기 제1밸브와 상기 제2밸브를 개폐한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 우수조에는 빗물을 배수하는 배수구가 형성되고, 상기 배수구에는 밸브가 장착되며, 상기 수위센서에서 측정한 빗물의 수위가 설정된 최상 수위를 초과할 경우에 상기 배수구에 장착된 밸브를 개방한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제1순환라인은 열전달매체가 상기 지열열교환기에서 상기 제1열교환기로 이송되는 공급관과 열전달매체가 상기 제1열교환기에서 상기 지열열교환기로 이송되는 회수관을 구비하며, 상기 분기관은 열전달매체가 상기 회수관에서 상기 우수열교환기로 이송되는 공급분기관과 열전달매체가 상기 우수열교환기에서 상기 회수관으로 이송되는 회수분기관을 구비하며, 상기 회수관과 상기 공급분기관이 연결된 부위에 삼방변이 장착된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 우수조에는 수온센서가 장착되어 설정된 온도와 상기 수온센서에 측정된 온도를 비교하여 상기 삼방변을 제어한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 우수조에는 수위센서가 장착되고 상기 우수조에서 빗물을 배수하는 배수구가 상기 우수조에 형성되며, 상기 배수구에는 밸브가 장착되어 상기 수위센서에서 측정한 빗물의 수위가 설정된 최상 수위를 초과할 경우에 상기 배수구에 장착된 밸브를 개방한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 우수열교환기는 증발식열교환기로서, 상기 분기관의 상부에 위치하여 빗물을 상기 분기관으로 분사하는 노즐과, 상기 분기관의 하부에 위치하며 분사된 빗물을 집수하는 받이대와, 상기 노즐과 상기 받이대에 연결되어 상기 우수조의 빗물을 순환하는 제3순환라인과, 상기 제3순환라인을 따라 빗물을 순환시키는 펌프를 포함한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제3순환라인에는 스트레이너가 장착되어 순환하는 빗물 속 이물질을 여과한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 우수열교환기에는 급탕라인이 연결되어 상기 우수열교환기를 순환하는 열전달매체와 빗물 및 상기 급탕라인을 따라 순환하는 급탕수가 상호 열교환한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 지열히트펌프시스템은 태양열을 이용하는 태양열집열기와, 상기 태양열집열기와 상기 우수조를 연결하는 제4순환라인을 더 포함하며, 상기 제4순환라인을 따라 순환하는 열전달매체가 상기 우수조의 빗물을 가열하는 제4순환라인을 포함한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 분기관과 상기 급탕라인은 지열우회회로가 연결되어 열전달매체가 상기 우수열교환기를 우회한다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 우수를 이용한 지열히트펌프시스템은 빗물을 우수조에 모아 일반 중수로 활용하면서 지열열교환기와 병렬 또는 직렬로 연결하여 빗물을 히트펌프의 열원으로 지속적으로 활용 가능하다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 우수를 이용한 지열히트펌프시스템은 우수를 다목적으로 이용함에 따라 수자원절감 및 에너지절감의 효과가 있으며, 각종 센서를 이용하여 빗물을 이용한 효과를 극대화할 수 있다.

또한, 본 발명의 우수를 이용한 지열히트펌프시스템은 증발식열교환기를 사용함에 따라 빗물의 증발잠열을 이용하여 많은 열량을 회수할 수 있고, 또한 태양열을 활용할 수도 있다는 장점이 있다.

또한, 빗물 우수조를 태양열과 연동하여 태양열을 히트펌프의 난방 및 급탕의 열원으로도 활용 가능하다.

또한, 중간기(봄, 가을 등)에는 냉난방부하가 작아지므로 히트펌프의 가동없이 지열을 바로 사용처(난방 수요처, 급탕전 등)로 도입하여 전기에너지를 혁신적으로 절감 가능하다.

도 1은 종래 기술에 따른 냉매로 실내를 냉난방하는 히트펌프시스템을 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 지열히트펌프시스템을 나타낸 개념도이고,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 지열히트펌프시스템을 나타낸 개념도이며,
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 지열히트펌프시스템을 나타낸 개념도이고,
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 지열히트펌프시스템을 나타낸 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 지열히트펌프시스템을 나타낸 개념도이다.

아래에서는 본 발명에 따른 지열히트펌프시스템의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도면에서, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 지열히트펌프시스템을 나타낸 개념도이고, 도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 지열히트펌프시스템을 나타낸 개념도이며, 도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 지열히트펌프시스템을 나타낸 개념도이고, 도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 지열히트펌프시스템을 나타낸 개념도이다.

[제1실시예]

도 2에 도시된 바와 같이, 히트펌프(110)의 제1열교환기(111)는 지중에 매설된 지열열교환기(123)와 제1순환라인(121)으로 연결되어 열전달매체가 제1열교환기(111)와 지열열교환기(123)를 순환하면서 열을 전달한다. 그리고 히트펌프(110)의 냉매는 실내(101)에 장착된 실내기(112)를 통해 실내의 열을 흡열하거나 냉매의 열을 실내로 방열한다. 한편 냉매는 실내기(112)와 제1열교환기(111)를 순환하면서, 냉매와 제1순환라인(121)의 열전달매체가 제1열교환기(111)에서 열교환한다.

또한 제1순환라인(121)에서는 분기관(125)이 분기되어 우수열교환기(127)로 연장되고, 우수열교환기(127)에 연결된 제2순환라인(129)은 우수조(130)와 연결되며, 제2순환라인(129)에 장착된 펌프에 의해 우수조(130)에 채워진 빗물은 제2순환라인(129)을 따라 우수열교환기(127)를 순환하면서 열전달매체와 열교환한다.

따라서 히트펌프(110)가 난방 운전모드로 작동하면, 히트펌프(110)의 냉매는 제1열교환기(111)에서 열전달매체의 열을 흡열하고 실내기(112)에서 방열하며, 열전달매체는 우수열교환기(127)를 순환하는 빗물에서 열을 흡열하거나 지열열교환기(123)를 거쳐 가면서 지열을 흡열한다.

반면에, 히트펌프(110)가 냉방 운전모드로 작동하면, 히트펌프(110)의 냉매는 실내기(112)에서 실내 내부의 열을 흡열하고 제1열교환기(111)에서 열전달매체로 열을 방열하며, 열전달매체는 우수열교환기(127)를 순환하는 빗물에 열을 방열하거나 지열열교환기(123)를 순환하면서 지하에 열을 방출한다.

아래에서는 이와 같이 구성된 지열히트펌프시스템에 대해 구체적으로 설명한다.

도 2에 보이듯이, 히트펌프(110)를 이용하여 실내(121)를 냉방할 경우에, 히트펌프(110)의 냉매는 압축기(113), 사방변(116), 제1열교환기(111), 팽창밸브(114), 실내기(112), 사방변(116), 액분리기(115), 압축기(113)의 순서로 순환하며, 실내기(112)에서 흡열한 냉매가 제1열교환기(111)에서 제1순환라인(121)을 따라 순환하는 열전달매체로 열을 방열한다. 열전달매체는 제1순환라인(121)을 따라 순환하면서 지열열교환기(123)에서 열을 지중으로 방열하거나 또는 분기관(125)을 통해 우수열교환기(127)로 순환하면서 우수열교환기(127)를 순환하는 빗물에 방열한다. 우수열교환기(127)에서 열전달매체의 열을 흡열한 빗물은 제2순환라인(129)을 따라 우수조(130)를 순환하면서 우수조(130)의 빗물온도를 상승시킨다.

이와 같이 제1순환라인(121)을 통해 순환하는 열전달매체가 분기관(125)을 통해 우수열교환기(127)로 분기되어 순환한 후 다시 제1순환라인(121)에서 합류되어 지열열교환기(123)로 유입되는 것과 같이 우수열교환기(127)와 지열열교환기(123)는 히트펌프(110)의 제1열교환기(111)에 병렬로 연결된다.

또한 분기관(125)에는 제1밸브(151)와 제2밸브(152)가 장착되어 열전달매체가 우수열교환기(127)로 순환하는 것을 제어한다. 즉 제1밸브(151)와 제2밸브(152)를 개방하면 열전달매체는 제1순환라인(121) 및 분기관(125)을 통해 우수열교환기(127)와 지열열교환기(123)로 순환하지만, 제1밸브(151)와 제2밸브(152)를 폐쇄하면 열전달매체는 지열열교환기(123)로만 순환한다.

그리고 제1순환라인(121)에는 팽창탱크(124)가 장착된다. 팽창탱크(124)는 지열의 연간 온도변화로 인한 물의 체적변화를 보상하여 지열열교환기(123)의 파손을 방지하기 위한 것이다.

한편, 지열히트펌프시스템을 이용하여 실내를 난방할 경우에, 냉매는 앞에서 설명한 냉방 운전모드와 반대로 순환한다. 히트펌프(110)의 냉매는 제1열교환기(111)에서 사방변(116), 액분리기(115), 압축기(113), 사방변(116), 실내기(112), 팽창밸브(114) 및 제1열교환기(111)의 경로로 순환하며, 히트펌프(110)를 순환하는 냉매는 실내기(112)에서 방열하고, 제1열교환기(111)에서 열전달매체의 열을 흡열한다. 따라서 실내로 순환하는 냉매에 의해 실내는 난방된다. 그리고 제1열교환기(111)에서 방열한 열전달매체는 지열열교환기(123)를 순환하면서 지하의 열을 흡열한다. 더불어 제1밸브(151)와 제2밸브(152)가 개방될 경우에 제2순환라인(129)을 따라 순환하는 열전달매체는 우수열교환기(127)를 순환하는 빗물에서 흡열한다. 제1밸브(151)와 제2밸브(152)가 폐쇄될 경우에는 난방에 필요한 열을 지열로 공급한다.

이와 같이 작동하는 본 발명에 따른 지열히트펌프시스템에 있어서, 우수조(130)의 내부에는 수온센서(131)와 수위센서(132)가 장착된다.

냉방 운전모드 시에 수온센서(131)에서 측정한 온도가 설정된 온도 이상(난방 운전모드 시에는 설정된 온도 이하)이 되거나 수위센서(132)에서 측정한 수위가 설정된 수위 이하가 될 경우에 빗물의 활용도가 떨어짐에 따라 제1밸브(151)와 제2밸브(152)를 폐쇄한다. 이와 같이 제1밸브(151)와 제2밸브(152)를 폐쇄할 경우 냉방 및 난방은 지열을 이용하게 된다. 다시 수온이 설정된 온도 미만(난방 운전모드 시에는 설정된 온도 초과)이거나 안전수위를 초과할 경우 제1밸브(151)와 제2밸브(152)가 개방된다.

수위센서(132)에서 측정한 빗물의 수위가 설정된 최상 수위를 초과할 경우에는 배수구(133)에 장착된 밸브를 개방하고, 설정된 최상 수위 미만일 경우에는 배수구(133)에 장착된 밸브를 폐쇄한다.

따라서 제1실시예에 따른 지열히트펌프시스템은 지열 뿐만 아니라 저장된 빗물을 이용하여 실내를 냉방하거나 난방할 수 있다.

[제2실시예]

제2실시예는 제1순환라인에 우수열교환기와 지열열교환기가 직렬로 배치되어 열전달매체가 우수열교환기에서 지열열교환기로 진행하여 순환하는 것이 다를 뿐 다른 구성요소는 동일하다. 따라서 제1실시예에서 설명한 구성요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제1열교환기(111)와 지열열교환기(123)는 제1순환라인(121)으로 연결되어 열전달매체가 제1열교환기(111)와 지열열교환기(123)를 순환한다. 제1순환라인(121)은 열전달매체가 지열열교환기(123)에서 제1열교환기(111)로 공급되는 공급관(121s)과 열전달매체가 제1열교환기(111)에서 지열열교환기(123)로 회수되는 회수관(121r)을 포함한다. 그리고 분기관(125)은 상기 회수관(121r)에 분기되어 우수열교환기(127)로 연장되는 회수분기관(125r)과 우수열교환기(127)에서 회수관(121r)으로 연장된 공급분기관(125s)으로 구분되는데, 상기 회수관(121r)과 회수분기관(125r)의 분기점에 삼방변(141)이 장착된다. 상기 삼방변(141)의 제어에 의해 제1열교환기(111)에서 배출된 열전달매체가 삼방변(141)을 통해 지열열교환기(123)만으로 진입하거나 또는 회수분기관(125r)을 통해 우수열교환기(127)로 진입한 후에 회수공급관(121s)과 제1순환라인(121)의 회수관(121r)을 통해 지열열교환기(123)로 진입한다. 여기에서 제1순환라인(121)과 분기관(125)에는 열전달매체가 채워진 상태로 삼방변(141)에 의해 열전달매체가 지열열교환기(123)로 진입하더라도 분기관(125)에 채워진 열전달매체는 지열열교환기(123) 쪽으로 역류하지 않는다.

이와 같이 제1순환라인(121)에서 분기된 분기관(125)에 의해 우수열교환기(127)와 지열열교환기(123)는 직렬로 연결되고, 제1순환라인(121)과 회수분기관(125r)의 분기점에 설치된 삼방변(141)에 의해 열절단매체가 우수열교환기(127)와 지열열교환기(123)를 거쳐 열을 전달하거나 또는 지열열교환기(123)만을 거쳐 열을 전달할 수 있다.

따라서 우수조(130)에 빗물이 충분히 채워진 경우에는 빗물의 열과 지열을 이용하여 난방하거나 빗물 또는 지하로 열을 방열하지만, 우수조(130)에 빗물이 충분히 채워지지 않을 경우에는 지열만을 이용하여 난방하거나 또는 지하로 방열하여 냉방한다.

[제3실시예]

제3실시예에 따른 지열히트펌프시스템은 제1실시예의 우수열교환기의 한 종류인 증발식열교환기를 장착하였다는 것에 차이가 있을 뿐 다른 구성요소는 동일하다.

도 4에 보이듯이, 제1순환라인(121)에서 분기된 분기관(125)은 증발식열교환기(160)로 연장된다. 증발식열교환기(160)는 우수조(130)와 제3순환라인(163)으로 연결되고, 제3순환라인(163)에 장착된 노즐(161)을 통해 빗물을 분사한다. 분사된 빗물을 분기관(125)에 뿌려지면서 분기관(125)을 통해 순환하는 열전달매체에 열을 전달하거나 뺏는다. 뿌려진 빗물은 분기관(125)의 아래에 장착된 받이대(165)에 집수되고 받이대(165)에 연결된 제3순환라인(163)을 통해 빗물은 순환한다. 여기에서 상기 제3순환라인(163)에는 우수조(130)에서 빗물이 펌프(167)로 유입되기 이전에 스트레이너(169)를 통과하도록 하여 빗물에 포함된 이물질이 펌프(167)로 유입되지 않도록 한다.

이와 같이 증발식열교환기(160)는 증발잠열에 의해 물 1kg당 약 597kcal정도의 열량을 열교환한다. 그리고 받이대(165)에 집수된 빗물은 낙차에 의해 우수조(130)로 자연 회수된다. 노즐을 통해 분사된 빗물은 분기관(125)의 측면을 따라 흐르면서 증발하게 되고, 증발잠열을 분기관(125)을 따라 순환하는 열전달매체로부터 공급받는다.

한편 난방 시에도 상기 냉방 시와 동일하게 제3순환라인(163)에 장착된 노즐(161)을 통해 빗물을 분사하여 열교환을 이루고 받이대(165)에 집수된 빗물은 낙차에 의해 우수조(130)로 자연 회수된다. 단, 이때는 물의 증발잠열을 이용하지 않고 제1열교환기로부터 순환되는 냉매와 우수조(130)로부터 순환되는 열매체 사이의 온도차에 의한 열교환을 하게 되는 것이다.

[제4실시예]

제4실시예에 따른 지열히트펌프시스템은 태양열을 이용하여 우수조의 빗물을 가열하고 가열된 빗물을 이용하여 난방하거나 또는 급탕으로 활용할 수 있게 구성한 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제2순환라인(129)이 우수열교환기(127)와 우수조(130)를 연결한 상태에서 우수조(130)의 빗물은 제2순화라인(129)을 따라 우수열교환기(127)와 우수조(130)를 순환한다.

그리고 우수열교환기(127)에는 급탕라인(170)이 연결되어 우수열교환기(127)를 순환하는 열전달매체와 빗물 및 급탕라인(170)을 따라 순환하는 급탕수가 상호 열교환한다.

한편 우수조(130)에는 태양열집열기(171)가 제4순환라인(174)으로 연결되며, 제4순환라인(174)을 따라 순환하는 열전달매체가 태양열집열기(171)에서 가열되고 우수조(130)에 채워진 빗물을 가열한다. 우수조(130)의 빗물이 가열됨에 따라 우수열교환기(127)에서 급탕수가 빗물에 의해 가열되며, 또한 난방 시에 빗물의 열을 이용하여 실내(101)를 난방할 수 있게 된다.

여기에서 우수조(130)에 장착된 수온센서(131)가 설정된 온도 이상이 되면 제4순환라인(174)에 장착된 제3밸브(153)가 제4순환라인(174)을 폐쇄하고, 설정 온도 미만일 경우에는 상기 제3밸브(153)가 개방되면서 제4순환라인(174)을 개방하여 태양열을 이용하여 우수조(130)의 빗물을 가열한다.

[제5실시예]

제5실시예에 따른 지열히트펌프시스템은 도 6에서 보듯이, 중간기(봄, 가을 등)에는 냉난방부하가 작아지므로 고출력인 히트펌프(100)의 가동없이 지열펌프만의 가동만으로 우회삼방변(181)을 이용한 지열우회회로(182)를 이용하여 지열을 바로 사용처(난방 수요처, 급탕전 등)로 도입/사용 가능하다. 즉, 지열펌프가 가동하고 제1순환라인(121)에 장착된 제4밸브(154)가 닫히면 지중으로 순환되는 열전달매체가 분기관(125)에 장착된 제2밸브(152)를 통과후 우수열교환기(127)를 바이패스하고, 분기관(125)과 급탕라인(170)을 연결하는 지열우회회로(182)를 통하여 바로 난방수요처 및 급탕전으로 인입되어 사용되어진다. 이후 다시 지열우회회로(182)와 제1밸브(151)을 통하여 지속적으로 지중으로 열전달매체가 순환한다. 이렇게하여 전기소모가 큰 히트펌프의 운전없이도 중간기에 지열을 회수/사용 가능하다.

100 : 히트펌프
101 : 실내
111 : 제1열교환기
112 : 실내기
113 : 압축기
114 : 팽창밸브
115 : 액분리기
116 : 사방변
121 : 제1순환라인
121s : 공급관
121r : 회수관
123 : 지열열교환기
124 : 팽창탱크
125 : 분기관
125s : 공급분기관
125r : 회수분기관
127 : 우수열교환기
129 : 제2순환라인
130 : 우수조
131 : 수온센서
132 : 수위센서
133 : 배수구
141 : 삼방변
151 ~ 154 : 밸브
160 : 증발식열교환기
161 : 노즐
163 : 제3순환라인
165 : 받이대
167 : 펌프
169 : 스테이너
170 : 급탕라인
171 : 태양열집열기
174 : 제4순환라인
181 : 우회삼방변
182 : 지열우회회로

Claims

냉매가 제1열교환기, 실내기, 압축기, 사방변, 팽창밸브를 순환하는 히트펌프와,
지중에 매설된 지열열교환기와,
상기 지열열교환기와 상기 제1열교환기를 연결하며 열전달매체가 순환하는 제1순환라인과,
상기 제1순환라인에서 분기된 분기관이 연결되어 상기 열전달매체가 분기관을 따라 순환하는 우수열교환기와,
빗물을 저장하는 우수조와,
상기 우수열교환기와 상기 우수조를 연결하며 상기 우수조에 채워진 빗물이 순환하는 제2순환라인을 포함하며,
상기 우수열교환기에는 급탕라인이 연결되어 상기 우수열교환기를 순환하는 열전달매체와 빗물 및 상기 급탕라인을 따라 순환하는 급탕수가 상호 열교환하고,
상기 분기관과 상기 급탕라인은 지열우회회로가 연결되어 열전달매체가 상기 우수열교환기를 우회하는 것을 특징으로 하는 우수를 이용한 지열히트펌프시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1순환라인에서 분기된 상기 분기관에는 제1밸브와 제2밸브가 장착되어 열전달매체가 상기 우수열교환기와 상기 지열열교환기로 순환하도록 제어하거나 또는 상기 지열열교환기로 순환하도록 상기 제1밸브와 상기 제2밸브에서 제어하는 것을 특징으로 하는 우수를 이용한 지열히트펌프시스템.
제2항에 있어서,
상기 우수조에는 수온센서가 장착되어 설정된 온도와 상기 수온센서에 측정된 온도를 비교하여 상기 제1밸브와 제2밸브를 개폐하는 것을 특징으로 하는 우수를 이용한 지열히트펌프시스템.
제2항에 있어서,
상기 우수조에는 수위센서가 장착되며 측정한 수위와 설정된 수위를 비교하여 상기 제1밸브와 상기 제2밸브를 개폐하는 것을 특징으로 하는 우수를 이용한 지열히트펌프시스템.
제4항에 있어서,
상기 우수조에는 빗물을 배수하는 배수구가 형성되고, 상기 배수구에는 밸브가 장착되며, 상기 수위센서에서 측정한 빗물의 수위가 설정된 최상 수위를 초과할 경우에 상기 배수구에 장착된 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 우수를 이용한 지열히트펌프시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1순환라인은 열전달매체가 상기 지열열교환기에서 상기 제1열교환기로 이송되는 공급관과 열전달매체가 상기 제1열교환기에서 상기 지열열교환기로 이송되는 회수관을 구비하며, 상기 분기관은 열전달매체가 상기 회수관에서 상기 우수열교환기로 이송되는 공급분기관과 열전달매체가 상기 우수열교환기에서 상기 회수관으로 이송되는 회수분기관을 구비하며,
상기 회수관과 상기 공급분기관이 연결된 부위에 삼방변이 장착된 것을 특징으로 하는 우수를 이용한 지열히트펌프시스템.
제6항에 있어서,
상기 우수조에는 수온센서가 장착되어 설정된 온도와 상기 수온센서에 측정된 온도를 비교하여 상기 삼방변을 제어하는 것을 특징으로 하는 우수를 이용한 지열히트펌프시스템.
제7항에 있어서,
상기 우수조에는 수위센서가 장착되고 상기 우수조에서 빗물을 배수하는 배수구가 상기 우수조에 형성되며, 상기 배수구에는 밸브가 장착되어 상기 수위센서에서 측정한 빗물의 수위가 설정된 최상 수위를 초과할 경우에 상기 배수구에 장착된 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 우수를 이용한 지열히트펌프시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 우수열교환기는 증발식열교환기로서,
상기 분기관의 상부에 위치하여 빗물을 상기 분기관으로 분사하는 노즐과,
상기 분기관의 하부에 위치하며 분사된 빗물을 집수하는 받이대와,
상기 노즐과 상기 받이대에 연결되어 상기 우수조의 빗물을 순환하는 제3순환라인과,
상기 제3순환라인을 따라 빗물을 순환시키는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 우수를 이용한 지열히트펌프시스템.
제9항에 있어서,
상기 제3순환라인에는 스트레이너가 장착되어 순환하는 빗물 속 이물질을 여과하는 것을 특징으로 하는 우수를 이용한 지열히트펌프시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 지열히트펌프시스템은
태양열을 이용하는 태양열집열기와,
상기 태양열집열기와 상기 우수조를 연결하는 제4순환라인을 더 포함하며,
상기 제4순환라인을 따라 순환하는 열전달매체가 상기 우수조의 빗물을 가열하는 제4순환라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 우수를 이용한 지열히트펌프시스템.
삭제