KR100989099B1 - 급탕기능을 갖는 주택용 지열히트펌프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 급탕기능을 갖는 주택용 지열히트펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지중열교환유닛과, 상기 지중열교환유닛과 연결되고, 상기 지중열교환유닛과의 열교환을 통하여 냉난방을 가능하게 하는 히트펌프유닛과, 상기 히트펌프유닛과 연결되고, 상기 히트펌프유닛에 의한 과열원이 공급되는 급탕탱크를 포함하여 이루어져, 지열을 이용한 냉난방 기능과, 히트펌프유닛의 각 열교환기에 의한 과열 열원을 급탕탱크로 공급하여 온수를 제공하고, 특히 환절기와 같이 냉난방 기능을 사용하지 않는 경우에도 히트펌프유닛의 열원을 급탕용 순환펌프에 의하여 급탕탱크로 공급함으로써 사계절 어느 때나 온수가 필요한 경우 신속하게 공급할 수 있어 에너지 효율을 높일 수 있고, 또한 이로 인한 경제적인 파급효과를 증대시킬 수 있는 급탕기능을 갖는 주택용 지열히트펌프를 제안하고자 한다.

Description

급탕기능을 갖는 주택용 지열히트펌프{GEOTHERMAL HEAT PUMP FOR HOUSING}
본 발명은 지열을 이용한 냉난방 기능과, 히트펌프유닛의 각 열교환기에 의한 과열 열원을 급탕탱크로 공급하여 온수를 제공하고, 특히 환절기와 같이 냉난방 기능을 사용하지 않는 경우에도 히트펌프유닛의 열원을 급탕용 순환펌프에 의하여 급탕탱크로 공급함으로써 사계절 어느 때나 온수가 필요한 경우 신속하게 공급할 수 있어 에너지 효율을 높일 수 있고, 또한 이로 인한 경제적인 파급효과를 증대시킬 수 있는 급탕기능을 갖는 주택용 지열히트펌프에 관한 것이다.
일반적으로 지열을 이용한 열교환기는 지중에 매설되는 열교환 파이프를 순환하는 냉매 및/또는 열 유체에 의한 열전달을 통하여 냉방 및/또는 난방 에너지를 공급하게 된다.
이러한 지열을 이용한 냉난방 운전은 히트펌프에 의하여 가동하게 되는데,
이 경우 종래에는 히프펌프에 의하여 냉난방 운전만 가능하고, 온수를 공급하기 위한 급탕 기능은 보일러와 같은 별도의 장비를 이용하여 온수를 제공함으로써 에너지의 소비가 많다는 문제가 있다.
더 더군다나 냉난방 운전이 가동되지 않는 환절기 시에는 지열을 이용한 히트펌프에 의하여 공급되는 에너지를 활용할 수 없어 에너지 효율이 떨어지는 문제와 더불어
이러한 환절기 시에도 온수가 필요한 경우에 상기한 바와 같이 별도의 장비를 사용하여 급탕을 하여야 하는 문제로 경제적인 손실이 막대하다는 문제가 있다.
따라서 본 발명에서는 히트펌프에서 공급되는 과열원을 이용하여 급탕하고,
특히 환절기와 같이 냉난방이 이루어지지 않는 경우에도 히트펌프에 의하여 발생되는 고온의 열원을 사용하여 에너지 효율 및 경제적인 파급효과를 높이고자 한다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
지열을 이용한 냉난방 기능과, 히트펌프유닛의 각 열교환기에 의한 과열 열원을 급탕탱크로 공급하여 온수를 제공하고,
특히 환절기와 같이 냉난방 기능을 사용하지 않는 경우에도 히트펌프유닛의 열원을 급탕용 순환펌프에 의하여 급탕탱크로 공급함으로써 사계절 어느 때나 온수가 필요한 경우 신속하게 공급할 수 있어 에너지 효율을 높일 수 있고, 또한 이로 인한 경제적인 파급효과를 증대시킬 수 있는 급탕기능을 갖는 주택용 지열히트펌프를 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다.
더 나아가 본 발명에 따른 지중열교환유닛은 지중에 형성된 매설공에 열교환 파이프의 매설 작업 시 간격유지부재가 열교환 파이프의 유입관과 유출관 상호 간의 꼬임 현상을 방지하고,
열교환 파이프의 매설 후 공극이나 기공이 발생하는 것을 방지하여 열교환 효율 및 시공편의성을 보장하며,
또 간격유지부재와 열교환 파이프 간의 결합 및 분리가 쉽고 용이하여 작업성을 높이고,
아울러 간격유지부재의 구성이 심플하고 재사용이 가능하여 재료의 절감 및 경제성을 제고(提高)할 수 있는 급탕기능을 갖는 주택용 지열히트펌프를 제공하는 것을 또 하나의 목적으로 한다.
본 발명에 따른 급탕기능을 갖는 주택용 지열히트펌프는 지중열교환유닛; 상기 지중열교환유닛과 연결되고, 상기 지중열교환유닛과의 열교환을 통하여 냉난방을 가능하게 하는 히트펌프유닛; 및 상기 히트펌프유닛과 연결되고, 상기 히트펌프유닛에 의한 과열원이 공급되는 급탕탱크;를 포함하여 이루어진다.
그리고 본 발명에 따른 상기 히트펌프유닛에는 상기 급탕탱크와 연결되는 급탕용 열교환기가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 상기 급탕탱크 내에는 순환 파이프가 내장되며, 상기 순환 파이프와 연결되고, 상기 히트펌프유닛의 열원을 순환 파이프로 공급하여 상기 급탕탱크 내의 물을 가열시키기 위한 간접식 급탕순환펌프가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
더 나아가 본 발명에 따른 상기 지중열교환유닛은 냉매 순환을 위한 유입관과 유출관을 갖고, 상기 유입관과 유출관이 상호 연결되어 지중에 매설(埋設)된 열교환 파이프; 및 상기 유입관과 유출관을 상호 비(非)접촉 이격시키는 몸체와, 상기 몸체에 형성된 복수의 절개부와, 상기 절개부에 각각 삽입되고, 상기 유입관과 유출관을 상기 몸체에 고정시키기 위한 밴딩수단을 포함하는 간격유지부재;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 급탕기능을 갖는 주택용 지열히트펌프는 지열을 이용한 냉난방 기능과, 히트펌프유닛의 각 열교환기에 의한 과열 열원을 급탕탱크로 공급하여 온수를 제공하고,
특히 환절기와 같이 냉난방 기능을 사용하지 않는 경우에도 히트펌프유닛의 열원을 급탕용 순환펌프에 의하여 급탕탱크로 공급함으로써 사계절 어느 때나 온수가 필요한 경우 신속하게 공급할 수 있어 에너지 효율을 높일 수 있고, 또한 이로 인한 경제적인 파급효과를 증대시킬 수 있게 된다.
더 나아가 본 발명에 따른 지중열교환유닛은 지중에 형성된 매설공에 열교환 파이프의 매설 작업 시 간격유지부재가 열교환 파이프의 유입관과 유출관 상호 간의 꼬임 현상을 방지하고,
열교환 파이프의 매설 후 공극이나 기공이 발생하는 것을 방지하여 열교환 효율 및 시공편의성을 보장하며,
또 간격유지부재와 열교환 파이프 간의 결합 및 분리가 쉽고 용이하여 작업성을 높이고,
아울러 간격유지부재의 구성이 심플하고 재사용이 가능하여 재료의 절감 및 경제성을 제고(提高)할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 급탕기능을 갖는 주택용 지열히트펌프를 나타내는 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 주택용 지열히트펌프에 의한 난방운전을 나타내는 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 주택용 지열히트펌프에 의한 냉방운전을 나타내는 개념도,
도 4는 본 발명에 따른 주택용 지열히트펌프에 의한 급탕운전을 나타내는 개념도,
도 5 내지 도 11은 본 발명에 따른 급탕기능을 갖는 주택용 지열히트펌프의 지중열교환유닛을 나타내는 사시도 및 단면도.
본 발명에 따른 급탕기능을 갖는 주택용 지열히트펌프를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 급탕기능을 갖는 주택용 지열히트펌프는
지중열교환유닛(10); 상기 지중열교환유닛(10)과 연결되고, 상기 지중열교환유닛(10)과의 열교환을 통하여 냉난방을 가능하게 하는 히트펌프유닛(20); 및 상기 히트펌프유닛(20)과 연결되고, 상기 히트펌프유닛(20)에 의한 과열원이 공급되는 급탕탱크(30);를 포함하여 이루어진다.
도 1 내지 도 9에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 급탕기능을 갖는 주택용 지열히트펌프에서, 상기 지중열교환유닛(10)은
냉매 순환을 위한 유입관(110)과 유출관(120)을 갖고, 상기 유입관(110)과 유출관(120)이 상호 연결되어 지중에 매설(埋設)된 열교환 파이프(100); 및 상기 유입관(110)과 유출관(120)을 상호 비(非)접촉 이격시키는 몸체(210)와, 상기 몸체(210)에 형성된 복수의 절개부(220)와, 상기 절개부(220)에 각각 삽입되고, 상기 유입관(110)과 유출관(120)을 상기 몸체(210)에 고정시키기 위한 밴딩수단(230)을 포함하는 간격유지부재(200);를 포함하여 이루어진다.
도 5 내지 도 11에 도시된 바와 같이 상기 열교환 파이프(100)는
상기 히트펌프와 연결되고, 냉매 순환을 위한 유입관(110) 및 유출관(120)을 포함하고,
상기 유입관(110)과 유출관(120)을 연결하여 'U'자관 형태로 지중에 매설되어 지열을 흡수 또는 지중으로 열을 방출하게 된다.
그리고 상기 열교환 파이프(100)의 직경은 20mm 내지 35mm 정도이며, 그 재질은 일정한 유연성을 갖는 폴리에틸렌(또는 고밀도폴리에틸렌) 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
아울러 지중에는 상기 열교환 파이프(100)를 매설하기 위한 매설공(埋設空)(LH)이 형성되는데,
상기 매설공(LH)은 대략의 지름이 15cm 정도로, 그 깊이는 100m 내지 250m 정도까지 굴착된다.
다음으로 상기 매설공(LH)에 열교환 파이프(100)가 매설되는 경우 매설공(LH)의 심하층까지 삽입되는데,
이 경우 일정 정도의 유연성을 갖는 열교환 파이프(100)는 상기 매설공(LH)에 삽입되면서 꼬이거나 또는 접촉하게 되는 문제가 발생하게 된다.
즉 이는 상기 열교환 파이프(100)를 상기 매설공(LH)에 삽입한 후 그라우팅(grouting) 작업을 위해 상기 매설공(LH)에 벤토나이트나 또는 그라우트 재 등을 채우는 경우
상기 열교환 파이프(100)가 상호 꼬인 부분이나, 또는 맞닿아 있는 부분에는 공극이 크게 형성되거나 또는 기공이 발생하여 열효율을 떨어뜨려 열교환 성능에 악영향을 미치게 되는 문제가 발생한다.
따라서 상기 매설공(LH)에 열교환 파이프(100)를 매설 한 후 상기한 바와 같이 열교환 파이프(100)의 꼬임 현상이나, 또는 상호 맞닿아 접촉하여 공극이나 기공이 발생하여 열교환 효율을 저하되는 것을 방지하기 위해
본 발명은 간격유지부재(200)를 도입하여 상기 열교환 파이프(100)의 유입관(110)과 유출관(120)을 상호 비(非)접촉 이격되도록 함으로써 상기한 바와 같은 문제점들을 일거에 해소할 수 있게 된다.
도 5 내지 도 9에 도시된 바와 같이 상기 간격유지부재(200)는
상기 유입관(110)과 유출관(120)을 상호 이격시키는 몸체(210)와,
상기 몸체(210)에 형성된 복수의 절개부(220)와,
상기 절개부(220)에 각각 삽입되고, 상기 유입관(110)과 유출관(120)을 상기 몸체(210)에 고정시키기 위한 밴딩수단(230)을 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 간격유지부재(200)의 몸체(210)는 원추 형태(또는 타원체)로 이루어져
상기 열교환 파이프(100)의 유입관(110) 및 유출관(120)을 상호 비접촉 이격시켜 상기 매설공(LH)에 열교환 파이프(100)를 매설하는 경우 상호 꼬임 현상이나, 상호 맞닿거나 접촉하는 현상을 방지하여 시공 편의성을 보장하고, 열교환 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.
그리고 상기 간격유지부재(200)의 몸체(210)가 원추 형태(또는 타원체)로 이루어지는 것은
상기 몸체(210)와 상기 열교환 파이프(100)의 유입관(110) 및 유출관(120)과의 접촉 면적을 확장하여 지지력을 보강함으로써 결합신뢰성을 보장하기 위함이다.
더 나아가 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 간격유지부재(200)의 몸체(210)와 열교환 파이프(100) 간의 결합신뢰성을 보다 견고히 하기 위해
본 발명에 따른 몸체(210)의 외측면에는 상기 열교환 파이프(100)의 유입관(110) 및 유출관(120)을 수용하기 위한 삽입홈(211)이 형성되며,
상기 삽입홈(211)에는 상기 열교환 파이프(100)의 유입관(110) 및 유출관(120)이 안착됨으로써 상기 몸체(210)와 상기 열교환 파이프(100)의 유입관(110) 및 유출관(120)과의 접촉 면적을 더욱 확장시킬 수 있어
상기 간격유지부재(200)와 열교환 파이프(100) 간의 지지력을 보강하여 상호 간의 결합신뢰성을 더욱 배가시킴으로써 그 신뢰성을 보장할 수 있게 된다.
다만 첨부된 도면에는 도시되지 않았지만 상기 간격유지부재의 몸체의 형상은
상기한 바와 같은 원추 형태(또는 타원체) 외에 단면 형상이 다각형 형태로 이루어질 수 있으며,
또한 이러한 경우 열교환 파이프의 개수에 따라 삼각형 또는 사각형 형태 등과 같이 다양한 형태로 설계 변경 및 변형 가능하다.
그리고 본 발명에 따른 간격유지부재(200)의 절개부(220)는
상기 열교환 파이프(100)의 유입관(110) 및 유출관(120) 외측부를 감싸기 위해 상기 몸체(210)에 형성되고,
또 상기 절개부(220)는 상기 몸체(210)의 두 부분을 절개하여 상호 관통되도록 형성되어 상기 밴딩수단(230)이 삽입되며,
따라서 상기 절개부(220) 양측으로 묵음밴드(230)가 노출되어 상기 열교환 파이프(100)의 유입관(110) 및 유출관(120)을 각각 묶어 고정시킬 수 있게 된다.
더 나아가 간격유지부재(200)에 상기 삽입홈(211)이 형성된 경우에는 상기 절개부(220)가 상기 삽입홈(211) 양측 주변에 형성되는 것이 바람직한데,
이는 상기 절개부(220)가 상기 삽입홈(211)에 형성되는 경우에는 상기 열교환 파이프(100)가 상기 삽입홈(211)에 안착되는 경우 밴딩수단(230)과 열교환 파이프(100)가 상호 겹쳐져 공간이 형성될 수 있고,
이 상태에서 그라우팅 작업을 하는 경우 밴딩수단(230)과 열교환 파이프(100)가 상호 겹쳐지는 공간에서 공극이 커지거나 기공이 발생하는 것을 방지하기 위함이다.
아울러 본 발명에 따른 간격유지부재(200)의 밴딩수단(230)은
상기 절개부(220)에 관통 삽입되어 절개부(220) 양측으로 노출되어 상기 몸체(210)와 접촉 배열되어 있는 열교환 파이프(100)의 유입관(110) 및 유출관(120)을 감싸 묶음으로써 간격유지부재(200)와 열교환 파이프(100)를 고정시키게 된다.
이 경우 상기 밴딩수단(230)은 다양한 형태의 것으로 이루어질 수 있으나,
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이 상기 간격유지부재(200)와 열교환 파이프(100)와의 신속한 결합 및 분리가 가능하도록 타이(또는 와이어)(231) 형태의 밴드를 사용하여 단번에 간격유지부재(200)와 열교환 파이프(100)를 결합시키고,
또 상호 분리 시에는 타이(또는 와이어)(231)를 절단하여 신속하게 분리 가능하도록 하는 것이 바람직하며,
이에 의하여 상기 간격유지부재(200)와 열교환 파이프(100) 간의 결합 및 분리가 신속하면서도 용이하여 작업성을 높일 수 있게 된다.
더 나아가 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 상기 밴딩수단(230)은
상기 열교환 파이프(100)의 유입관(110) 및 유출관(120)을 외측에서 감싸면서 상기 절개부(220)에 삽입되는 판형상의 탄성부재(233)로 이루어지는데,
상기 탄성부재(233)는 판형상의 부재를 만곡지게 구부려 형성된 클립 또는 클램프 형태로 일정한 탄성이 보장되어 상기 간격유지부재(200)와 열교환 파이프(100)를 탄성 지지하고,
동시에 간경유지부재와 열교환 파이프(100)의 결합 및 분리가 원터치 방식에 의하여 이루어지도록 함으로써 간격유지부재(200)와 열교환 파이프(100) 간의 탈부착을 위한 작업이 신속하고도 간편하여 작업능률을 향상시킬 수 있게 된다.
이는 상기 몸체(210)에 열교환 파이프(100)의 유입관(110) 및 유출관(120)을 맞닿게 배열시킨 상태에 상기 탄성부재(233)가 탄성을 발휘하여 상기 유입관(110) 및 유출관(120)의 외주면을 감싸고,
동시에 상기 밴딩수단(230)의 양단부가 상기 절개부(220)에 삽입되어 열교환 파이프(100)를 가압하여 탄성 지지하게 된다.
이 경우 상기 밴딩수단(230) 양단부의 일정 부분이 상기 절개부(220)에 삽입되어 상기 몸체(210) 내부에서 간격유지부재(200)의 몸체(210)와 열교환 파이프(100)를 상호 가압함으로써 밴딩수단(230)이 이탈하는 것이 방지될 수 있으며,
필요에 따라서는 상기 밴딩수단(230)의 양단부를 외측방향으로 구부려서 이탈방지편(233a)을 형성하여 상기 밴딩수단(230)이 절개부(220)에 삽입되어,
상기 몸체(210) 내부에 상기 이탈방지편(233a)이 걸려 간격유지부재(200)와 열교환 파이프(100)가 결합된 후 이탈을 방지함으로써 결합신뢰성을 보장할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
그리고 첨부된 도 8 및 도 9에서는 상기 간격유지부재(200)의 몸체(210)에 삽입홈(211)이 구비된 경우에 상기 밴딩수단(230)이 탄성부재(233)인 것으로 도시되어 있지만,
이는 도 5에서와 같이 상기 삽입홈(211)이 구비되지 않는 경우에도 상기 밴딩수단이 탄성부재를 도입하는 것이 가능하고,
이에 의한 기능 및 효과 역시 동일한 것임을 밝힌다.
더 나아가 첨부된 도면에는 상기 절개부(220)와 밴딩수단(230)이 복수로 형성되어 있는 것으로 도시되어 있으나,
이는 본 발명에 따른 일례에 불과한 것으로 상기 절개부 및 밴딩수단은 일측을 기준으로 단수로 형성되는 것 또한 가능하다.
또 상기 간격유지부재(200)는 열교환 파이프(100)의 길이방향을 따라 5m ~ 10m 간격을 두고 배열되어 있어 열교환 파이프(100) 전장을 통하여 간격유지부재(200)의 유효한 지지를 보장할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
마지막으로 도 11에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 열교환 파이프(100)는 2 내지 4 개수로 구비될 수 있으며,
이러한 경우에는 상기 간격유지부재(200) 역시 열교환 파이프(100)의 개수에 따라 각 파이프의 해당 위치에 절개부(220), 밴딩수단(230) 및 삽입홈(211) 등이 형성되어 다양한 변형 사용을 가능하도록 하는 것이 바람직하다.
도 10에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 하중인가부재(300)는
상기 열교환 파이프(100)의 유입관(110)과 유출관(120)을 연결하고, 만곡지게 구부려 형성된 만곡부(130)에 연결된 로커(310)와,
상기 로커(310)와 연결된 무게추(320)를 포함하여 이루어진다.
이는 지면을 굴착하여 형성된 매설공은 굴착 시 지하수가 유입되어 매설공에는 수두가 형성되는데,
이 경우 폴리에틸렌 또는 고밀도폴리에틸렌 등의 합성수지재로 성형된 열교환 파이프의 경우에는 그 재질상의 특징에서 밀도가 물보다 작아 열교환 파이프가 뜨려는 힘을 받아 매설 작업이 쉽지 않게 되는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 종래에는 열교환 파이프에 철근이나 그 밖에 폐자재들을 열교환 파이프의 만곡부에 묶어 일정 하중을 인가함으로써 열교환 파이프의 매설 작업을 하였으나,
이러한 철근이나 폐자재들은 지중의 환경을 파괴하는 원인으로 작용할 수 있는 문제가 있다.
따라서 본 발명에 따른 하중인가부재(300)는 지중에 형성된 매설공(LH)에 열교환 파이프(100)를 투입하는 경우 일정 이상의 하중을 인가하여 열교환 파이프(100)의 투입 및 설치 작업이 용이하고, 또 친환경적인 작업 및 시스템을 구축하기 위해 도입된 구성이다.
즉 상기 하중인가부재(300)의 로크(310)는 상기 무게추(320)가 연결되어 상기 무게추(320)를 지지하는 역할을 하고,
상기 무게추(320)는 상기 로크(310)에 연결되어 열교환 파이프(100)에 일정한 하중을 인가하여 그 무게에 의하여 열교환 파이프(100)가 매설공(LH)을 통하여 자연스럽게 하강하도록 하여 작업성을 높일 수 있게 된다.
더 나아가 본 발명에 따른 하중인가부재(300)의 로커(310) 및 무게추(320)는 그 재질이 내식성 및 내부식성을 갖는 환경 친화적인 재질을 사용하는 것이 바람직하다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 급탕기능을 갖는 주택용 지열히트펌프에서, 상기 히트펌프유닛(20)은
상기 지중열교환유닛(10)과 연결되고, 상기 지중열교환유닛(10)과의 열교환을 통하여 아파트와 같은 공동주택이나, 단독주택, 사무실 등에 냉난방을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 히트펌프유닛(20)은 상기 지중열교환유닛(10)과 연결되는 지열측 열교환기(21)와,
상기 지열측 열교환기(21)와 연결되는 팽창밸브(28)와, 상기 팽창밸브(28)와 연결되는 냉온수측 열교환기(23)와, 상기 지열측 및 냉온수측 열교환기(21)(23)와 연결되는 사방밸브(29)와, 그리고 상기 사방밸브(29)와 연결되는 압축기(25)를 포함하여 이루어진다.
그리고 상기 히트펌프유닛(20)은 상기 냉온수측 열교환기(23)에 의하여 주택이나 사무실 등에 구비된 팬코일유닛(FCU)이나, 또는 바닥 난방코일(1)에 열원을 공급하여 낭방 및 냉방 운전을 가능하게 한다.
우선 상기 히트펌프유닛(20)을 이용한 난방 운전의 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이
상기 냉온수측 열교환기(23)가 응축기 역할을 하게 되고, 상기 지열측 열교환기(21)가 증발기 역할을 하게 되는데,
이때 상기 압축기(25)에서 고온, 고압으로 압축된 냉매를 기화시켜 상기 사방밸브(29)를 통하여 상기 냉온수측 열교환기(23)로 공급하게 된다.
따라서 상기 냉온수측 열교환기(23)에서는 기화된 냉매를 액화시키면 열에너지를 방출하고,
이렇게 방출된 열은 상기 주택이나 사무실의 팬코일유닛(FCU) 또는 바닥 난방코일(1), 또는 이들 모두로 공급되어 난방이 이루어지게 된다.
다음으로 상기 히트펌프유닛(20)을 이용한 냉방 운전의 경우에는 도 3에 도시된 바와 같이
상기 냉온수측 열교환기(23)가 증발기 역할을 하게 되고, 상기 지열측 열교환기(21)가 응축기 역할을 하게 되는데,
이때 상기 지열측 열교환기(21)에 의하여 응축된 냉매가 상기 팽창밸브(28)를 통하여 상기 냉온수측 열교환기(23)로 공급된다.
따라서 상기 냉온수측 열교환기(23)에서는 액체 냉매가 기화되면서 열에너지를 흡수하여 주변의 온도를 낮추게 되고,
이렇게 냉각된 공기는 상기 주택이나 사무실의 팬코일유닛(FCU)을 공급되어 냉방이 이루어지게 된다.
이 경우 상기 급탕용 열교환기(27)에는 난방 시에는 상기 지열측 열교환기(21)와, 냉방 시에는 상기 냉온수측 열교환기(23)와 압축기(25)를 통하여 과열원이 공급되고,
이때 상기 급탕용 열교환기(27)는 하기 급탕탱크(30)에 열원을 공급하여 급탕탱크(30) 내의 물을 가열시키게 된다.
그리고 상기 지중열교환유닛(10)과 상기 지열측 열교환기(21) 사이에는 지열 순환펌프(21a)가 연결되고,
상기 냉온수측 열교환기(23)와, 상기 팬코일유닛(FCU) 또는 바닥 난방코일(1), 또는 이들 모두 사이에는 냉온수 순환펌프(23a)가 연결되며,
상기 급탕용 열교환기(27)와, 하기 급탕탱크(30) 사이에는 급탕용 순환펌프(27a)가 연결되어 열원을 각 지점으로 순환 공급하게 된다.
더 나아가 상기 히트펌프유닛(20)에는 상기 각 순환펌프와 접점을 형성하는 컨트롤러(C)가 구비되어 있어 상기 각 순환펌프를 순차 또는 이시적으로 제어할 수 있어 효율적인 장치의 운전이 가능하게 된다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 급탕기능을 갖는 주택용 지열히트펌프에서, 상기 급탕탱크(30)는
상기 히트펌프유닛(20)과 연결되고, 상기 히트펌프유닛(20)에 의한 과열원이 상기 급탕용 열교환기(27)를 통하여 공급됨으로써 탱크 내의 급탕용 물을 가열하여 주택이나 사무실에 온수가 필용한 경우 즉시 공급하여 사용할 수 있게 된다.
다만 상기 히트펌프유닛(20)에 의하여 냉난방 운전이 가동되는 하절기나 동절기에는 히트펌프유닛(20)의 과열원을 이용하여 물을 가열하는 것이 가능 하지만,
환절기 즉, 상기 히트펌프유닛(20)에 의한 냉난방 운전이 가동되지 않는 경우에는 히트펌프유닛(20)에 의하여 순환하는 열원을 모두 이용하지 못하게 되어 에너지 효율이 떨어지는 결과를 야기시키게 된다.
따라서 본 발명에서는 상기 급탕탱크(30)와 냉온수측 열교환기(23)를 연결하는 간접식 급탕순환펌프(31)를 도입하고 있는데,
상기 간접식 급탕순환펌프(31)는 상기 냉온수측 열교환기(23)의 열원을 상기 급탕탱크(30)로 공급하여 급탕탱크(30) 내의 물을 가열하여 온수를 공급하게 된다.
우선 상기 급탕탱크(30) 내에는 열교환을 위한 순환 파이프(33)가 내장되고, 환절기 시에 상기 간접식 급탕순환펌프(31)를 가동시키게 되면,
상기 냉온수측 열교환기(23)에서 공급되는 고온의 열원이 상기 순환 파이프(33)로 공급되어 급탕탱크(30) 내의 물과 순환 파이프(33)를 통하여 열교환 함으로써
상기 급탕탱크(30) 내의 물을 간접 가열하여 온수를 공급할 수 있게 된다.
따라서 환절기와 같이 냉난방이 이루어지지 않는 절기에도 상기 간접식 급탕순환펌프(31)에 의하여 상기 히트펌프유닛(20)의 열원을 손실시키지 않고 이용함으로써 지열히트펌프의 에너지 효율을 높이고, 또한 이로 인한 경제적인 파급효과를 창출할 수 있게 된다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 급탕기능을 갖는 주택용 지열히트펌프를 설명함에 있어 특정 형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
C : 컨트롤러 FCU : 팬코일유닛
1 : 바닥 난방코일
10 : 지중열교환유닛
20 : 히트펌프유닛 21 : 지열측 열교환기
21a : 지열 순환펌프 23 : 냉온수측 열교환기
23a : 냉온수 순환펌프 25 : 압축기
27 : 급탕용 열교환기 27a : 급탕용 순환펌프
28 : 팽창밸브 29 : 사방밸브
30 : 급탕탱크 31 : 간접식 급탕순환펌프
33 : 순환 파이프
100 : 열교환 파이프 110 : 유입관
120 : 유출관 130 : 만곡부
200 : 간격유지부재 210 : 몸체
211 : 삽입홈 220 : 절개부
230 : 밴딩수단 231 : 타이
233 : 탄성부재 233a : 이탈방지편
300 : 하중인가부재 310 : 로커
320 : 무게추
LH : 매설공

Claims (4)

  1. 지중열교환유닛;
    상기 지중열교환유닛과 연결되고, 상기 지중열교환유닛과의 열교환을 통하여 냉난방을 가능하게 하는 히트펌프유닛; 및
    상기 히트펌프유닛과 연결되고, 상기 히트펌프유닛에 의한 과열원이 공급되는 급탕탱크;를 포함하여 이루어지며
    상기 지중열교환유닛은
    냉매 순환을 위한 유입관과 유출관을 갖고,
    상기 유입관과 유출관이 상호 연결되어 지중에 매설(埋設)된 열교환 파이프; 및
    상기 유입관과 유출관을 상호 비(非)접촉 이격시키는 몸체와,
    상기 몸체에 형성된 복수의 절개부와,
    상기 절개부에 각각 삽입되고, 상기 유입관과 유출관을 상기 몸체에 고정시키기 위한 밴딩수단을 포함하는 간격유지부재;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 급탕기능을 갖는 주택용 지열히트펌프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 히트펌프유닛에는 상기 급탕탱크와 연결되는 급탕용 열교환기가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 급탕기능을 갖는 주택용 지열히트펌프.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 급탕탱크 내에는 순환 파이프가 내장되며,
    상기 순환 파이프와 연결되고, 상기 히트펌프유닛의 열원을 순환 파이프로 공급하여 상기 급탕탱크 내의 물을 가열시키기 위한 간접식 급탕순환펌프가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 급탕기능을 갖는 주택용 지열히트펌프.
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