KR101107090B1 - 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템 - Google Patents

히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면은 열 공급 대상 지역의 각 열 수요처에 히트 펌프를 적용하여 저온 열원을 이용할 수 있게 되므로 열 수송부 등의 설비 비용을 절감할 수 있도록 하는 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템을 제공하는 것에 있으며, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 히트 펌프를 이용하는 지역 냉난방 시스템은 저온 열원 생산부를 구비하는 지역 냉난방 센터와, 상기 저온 열원 생산부에서 생산된 저온 열원 물을 열 공급 대상 지역으로 수송하는 열 수송부와, 상기 열 공급 대상 지역 내에 구비되어 상기 열 수송부와 접속되는 사용자 열교환기와, 상기 열 공급 대상 지역 내에서 상기 사용자 열교환기와 함께 상기 저온 열원 물을 이용하여 열 수요처에 냉방 또는 난방을 선택적으로 제공하는 히트 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템{District Heating and Cooling System using Heat Pump}
본 발명은 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열 공급 대상 지역의 각 열 수요처에 히트 펌프를 적용하여 저온 열원을 이용할 수 있게 되므로 열 수송부 등의 설비 비용을 절감할 수 있도록 하는 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 지역 냉난방 시스템은 집단에너지를 공급하는 사업자가 다수의 개별 사용자에게 냉난방을 위해 배관을 통해 집단 에너지를 공급하는 시스템으로 개별적으로 사용자가 냉난방설비를 갖추는 개별 냉난방 시스템과는 차이가 있다.
즉, 지역 냉난방은 한 개의 도시 또는 일정한 지역 내에 있는 주택, 상가, 사무실, 학교, 병원, 공장 등 각종 건물이 개별적으로 냉난방 설비를 갖추지 않고, 대규모 열 생산시설, 즉 열병합발전소를 건설하여 냉난방에 필요한 대략 110℃ 정도의 고온 및 고압의 온수를 생산, 열 수송관을 통해 각 수용가에 공급하는 시스템으로 집단에너지 공급방식 중 하나이다.
하지만, 고온 및 고압의 온수를 사용하므로, 열 수송관의 설치 및 유지, 보수에 많은 비용이 발생하는 문제가 있다.
또한, 일정한 온도의 고 온수를 공급해 주어야 하므로, 그보다 낮은 온도의 활용 가능한 열원이 주변에 있더라도 활용 가능성이 제한되는 문제가 있다.
본 발명의 일 측면은 열 공급 대상 지역의 각 열 수요처에 히트 펌프를 적용하여 저온 열원을 이용할 수 있게 되므로 열 수송부 등의 설비 비용을 절감할 수 있도록 하는 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 측면은 저온 열원을 이용하고 히트 펌프를 연결하여 저온 열원과 히트 펌프에 의해 열원을 공급할 수 있으므로 연료를 절감할 수 있는 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 측면은 별도의 서브 열원 공급부를 포함하여 저온 열원 생산부에 발생할 수 있는 과부하가 방지되는 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 측면은 지역 냉난방 센터와 열 수요처 사이에 냉각수 제공부를 구비하여 냉방 부하가 커지더라도 순환수의 온도가 급격하게 상승하지 않게 되는 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 히트 펌프를 이용하는 지역 냉난방 시스템은 저온 열원 생산부를 구비하는 지역 냉난방 센터와, 상기 저온 열원 생산부에서 생산된 저온 열원 물을 열 공급 대상 지역으로 수송하는 열 수송부와, 상기 열 공급 대상 지역 내에 구비되어 상기 열 수송부와 접속되는 사용자 열교환기와, 상기 열 공급 대상 지역 내에서 상기 사용자 열교환기와 함께 상기 저온 열원 물을 이용하여 열 수요처에 냉방 또는 난방을 선택적으로 제공하는 히트 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 열 수송부는 상기 지역 냉난방 센터에서 열 공급 대상 지역까지 제1온도의 열원 물을 공급하기 위한 공급 라인과, 상기 열 공급 대상 지역으로부터 지역 냉난방 센터까지 제2온도의 열원 물을 회수하기 위한 회수 라인을 포함하며, 상기 열 공급 대상 지역에는 상기 공급 라인과 회수 라인에 접속되는 분기 유로가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 제1온도의 열원 물은 30~40℃ 또는 70~80℃의 저온 열원 물인 것을 특징으로 한다.
또한, 분기 유로는 상기 열 수송부의 공급 라인과 접속되어 상기 제1온도의 열원 물을 상기 히트 펌프로 공급하기 위한 제1분기 유로와, 상기 열 수송부의 회수 라인과 접속되어 상기 사용자 열교환기로부터 제3온도의 열원 물을 회수하기 위한 제2분기 유로와, 상기 히트 펌프와 열교환기 사이에 배치되어 제4온도의 열원 물을 상기 사용자 열교환기로 공급하기 위한 제3분기 유로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 히트 펌프는 상기 제1온도의 열원 물을 상기 제4온도의 열원 물로 가열하는 응축기와, 상기 제1온도의 열원 물이 상기 제4온도의 열원 물로 가열되는 것을 이용하여 냉방용 순환수를 냉각하는 증발기와, 상기 응축기와 증발기 사이에 각각 배치되는 압축기 및 팽창 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 사용자 열교환기에는 상기 열 수요처에 난방을 제공하는 난방용 순환 유로가 접속되고, 상기 히트 펌프에는 상기 열 수요처에 냉방을 제공하는 냉방용 순환 유로가 접속되는 것을 특징으로 한다.
또한, 분기 유로는 상기 열 수송부와 사용자 열교환기를 접속시키는 제1분기 유로와, 상기 사용자 열교환기와 히트 펌프를 접속시키는 제2분기 유로와, 상기 제1분기 유로와 제2분기 유로를 선택적으로 접속시키는 제3분기 유로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제1분기 유로는 상기 열 수송부의 공급 라인과 접속되어 상기 제1온도의 열원 물을 상기 사용자 열교환기로 공급하기 위한 제1A분기 유로와, 상기 열 수송부의 회수 라인과 접속되어 상기 제3온도의 열원 물을 상기 열교환기에서 회수하기 위한 제1B분기 유로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제2분기 유로는 상기 사용자 열교환기와 접속되어 제4온도의 열원 물을 상기 히트 펌프로 공급하기 위한 제2A분기 유로와, 상기 제5온도의 열원 물을 상기 히트 펌프에서 회수하여 상기 사용자 열교환기로 공급하기 위한 제2B분기 유로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제3분기 유로는 상기 제1A분기 유로와 제2A분기 유로를 선택적으로 접속시키기 위하여 제1밸브가 구비되는 제3A분기 유로와, 상기 제1B분기 유로와 제2B분기 유로를 선택적으로 접속시키기 위하여 제2밸브가 구비되는 제3B분기 유로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 열 수송부와 접속되어 저온의 열을 열 공급 대상 지역으로 제공하는 서브 열원 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 열 수송부의 회수 라인에 접속되어 회수되는 열원 물의 급격한 온도 상승을 방지하기 위한 냉각수 제공부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 서브 열원 공급부는 상기 열 수송부의 회수 라인과 접속되는 서브 열교환기와, 상기 서브 열교환기와 접속되는 서브 히트 펌프와, 상기 서브 히트 펌프에 저온 열원을 제공하는 서브 열원 생산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 냉각수 제공부는 상기 열 수송부의 회수 라인에 접속되는 냉각수용 열교환기와, 상기 냉각수용 열교환기에 접속되는 냉각수 공급처를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 히트 펌프를 이용하는 지역 냉난방 시스템을 다른 측면에서 본다면, 저온의 열을 생산하는 저온 열원 생산부를 구비하는 지역 냉난방 센터;와, 상기 저온 열원 생산부에 의해 생산된 열원 물을 열 공급 대상 지역으로 수송하기 위하여 상기 지역 냉난방 센터에서 상기 열 공급 대상 지역까지 제1온도의 열원 물을 공급하기 위한 공급 라인과, 상기 열 공급 대상 지역으로부터 상기 지역 냉난방 센터까지 제2온도의 열원 물을 회수하기 위한 회수 라인을 포함하는 열 수송부;와, 상기 열 공급 대상 지역 내에 구비되어 상기 열 수송부와 접속되는 사용자 열교환기;와, 상기 열 공급 대상 지역 내에서 상기 제1온도의 열원 물을 이용하여 상기 사용자 열교환기와 함께 열 수요처에 냉방 또는 난방을 선택적으로 제공하는 히트 펌프;와, 상기 열 공급 대상 지역 내에서 상기 공급 라인에 접속되어 상기 제1온도의 열원 물을 상기 사용자 열교환기와 히트 펌프 중 적어도 어느 하나에 제공한 다음 제3온도의 열원 물을 상기 회수 라인으로 제공하는 분기 유로;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템은 열 공급 대상 지역의 각 열 수요처에 히트 펌프를 적용하여 저온 열원을 이용할 수 있게 되므로 열 수송부 등의 설비 비용을 절감할 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템은 저온 열원을 이용하고 히트 펌프를 연결하여 저온 열원과 히트 펌프에 의해 열원을 공급할 수 있으므로 연료를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템은 별도의 서브 열원 공급부를 포함하여 저온 열원 생산부에 발생할 수 있는 과부하가 방지되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템은 지역 냉난방 센터와 열 수요처 사이에 냉각수 제공부를 구비하여 냉방 부하가 커지더라도 순환수의 온도가 급격하게 상승하지 않게 되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템의 변형례를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템의 다른 변형례를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템(10)은 저온 열원 생산부(110)를 구비하는 지역 냉난방 센터(100)와, 저온 열원 생산부(110)에서 생산된 저온 열원 물을 열 공급 대상 지역(200)으로 수송하기 위한 열 수송부(300)와, 열 공급 대상 지역(200) 내에 구비되어 열 수송부(300)와 접속되는 사용자 열교환기(400)와, 저온 열원 물을 이용하여 열 공급 대상 지역(200) 내에서 사용자 열교환기(400)와 함께 열 수요처(500)에 냉방 또는 난방을 선택적으로 제공하는 히트 펌프(600)를 포함하여 구성된다.
지역 냉난방 센터(100)는 각종 저온 열원 물을 생산하는 저온 열원 생산부(110)를 구비한다. 이러한 저온 열원 생산부(110)는 열 수송부(300)에 접속되어 제1온도(T1)의 열원 물을 열 공급 대상 지역(200)으로 공급하고, 열 공급 대상 지역(200)으로부터 제2온도(T2)의 열원 물을 회수한다.
즉, 저온 열원 생산부(110)는 열 수송부(300)에 접속되어 열 공급 대상 지역(200)으로부터 회수되는 제2온도(T2)의 열원 물을 제1온도(T1)의 열원 물로 가열하여 열 공급 대상 지역(200)으로 순환 공급되게 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템(10)의 저온 열원 생산부(110)에서 생산되어 열 수송부(300)의 공급 라인(310)을 거쳐 열 공급 대상 지역(200)으로 공급되는 제1온도(T1)의 열원 물은 70~80℃의 저온 열원 물인 것을 특징으로 한다.
이러한 저온 열원 생산부(110)는 저온 보일러뿐만 아니라, 폐열, 태양열, 지열을 이용한 신재생 에너지 또는 하천수를 이용한 미활용 에너지를 저온 열원으로 사용할 수 있다.
열 수송부(300)는 지역 냉난방 센터(100)에서 열 공급 대상 지역(200)까지 제1온도(T1)의 열원 물을 공급하기 위한 공급 라인(310)과, 열 공급 대상 지역(200)으로부터 지역 냉난방 센터(100)까지 제2온도(T2)의 열원 물을 회수하기 위한 회수 라인(320)을 포함한다.
즉, 열 수송부(300)는 공급 라인(310)을 통하여 제1온도(T1)의 열원 물을 열 공급 대상 지역(200)으로 공급하며, 열 공급 대상 지역(200)에서 제2온도(T2)의 열원 물을 회수 라인(320)을 통하여 회수한다.
열 공급 대상 지역(200)에는 열 수송부(300)와 접속되는 분기 유로(330)와, 열 수요처(500)에 냉난방을 제공하기 위한 냉방용 및 난방용 순환 유로(510,520), 분기 유로(330) 내를 흐르는 열원 물을 통하여 냉방용 순환 유로(510) 내를 흐르는 냉방용 순환수를 냉각시키는 히트 펌프(600), 히트 펌프(600)에 의해 가열되어 분기 유로(330) 내를 흐르는 열원 물의 열을 난방용 순환 유로(520) 내를 흐르는 난방용 순환수에 전달하는 사용자 열교환기(400)가 구비된다.
열 수송부(300)의 공급 라인(310)과 회수 라인(320)은 분기 유로(330)와 접속되어 열 공급 대상 지역(200)으로 제1온도의 열원 물을 공급한다.
분기 유로(330)는 열 수송부(300)의 공급 라인(310)과 접속되어 제1온도(T1)의 열원 물을 히트 펌프(600)로 공급하기 위한 제1분기 유로(331)와, 열 수송부(300)의 회수 라인(320)과 접속되어 사용자 열교환기(400)로부터 제3온도(T3)의 열원 물을 회수하기 위한 제2분기 유로(332)와, 히트 펌프(600)와 사용자 열교환기(400) 사이에 배치되어 제4온도(T4)의 열원 물을 사용자 열교환기(400)로 공급하기 위한 제3분기 유로(333)를 포함하여 구성된다.
히트 펌프(600)는 냉매가 흐르는 냉매 유로(610)를 가지고 있으며, 냉매 유로(610) 상에는 응축기(620), 증발기(630), 압축기(640), 팽창 밸브(650)가 설치되어 있다.
응축기(620)는 냉매 유로(610)와 분기 유로(330)와의 사이에서 열교환하는 열교환기이고, 냉매 유로(610)를 흐르는 냉매의 열이 분기 유로(330)를 흐르는 제1온도(T1)의 열원 물에 전달(방열)되게 되어 있다.
또한, 증발기(630)는 냉매 유로(610)와 냉방용 순환 유로(510)와의 사이에서 열교환하는 열교환기이고, 냉매 유로(610)를 흐르는 냉매에 냉방용 순환 유로(510)를 흐르는 냉방용 순환수의 열이 전달(흡열)되게 되어 있다.
또한, 압축기(640)는 응축기(620)의 상류측 및 증발기(630)의 하류측에 배치되고, 냉매 유로(610) 내를 흐르는 냉매를 압축하여 응축기(620)에 보내게 되어 있다.
또한, 팽창 밸브(650)는 응축기(620)의 하류측 및 증발기(630)의 상류측에 배치되고, 냉매 유로(610)를 열린 상태 또는 닫힘 상태로 전환하게 되어 있다. 팽창 밸브(650)는, 열린 상태에서, 증발기(630)에 냉매를 공급 가능하게 하게 되어 있다.
제1온도(T1)의 열원 물은 열 수송부(300)의 공급 라인(310)을 거쳐 제1분기 유로(331)를 통하여 히트 펌프(600)의 응축기(620)로 공급된다.
제1분기 유로(331)를 따라서 히트 펌프(600)의 응축기(620)로 공급된 제1온도(T1)의 열원 물은 히트 펌프(600)의 응축기(620)에서 냉매와 열교환된 다음, 제4온도(T4)의 열원 물로 가열되어 제3분기 유로(333)를 따라서 사용자 열교환기(400)로 공급된다.
그리고, 제4온도(T4)의 열원 물은 사용자 열교환기(400)와 접속된 난방용 순환 유로(520) 내를 흐르는 난방용 순환수에 열을 전달하고 제3온도(T3)의 열원 물이 되어 제2분기 유로(332)를 거쳐 열 수송부(300)의 회수 라인(320)을 통하여 지역 냉난방 센터(100)로 회수된다. 한편, 난방용 순환 유로(520)를 통과하는 난방용 순환수는 제4온도(T4)의 열원 물로부터 열을 전달받아 열 수요처(500)에 난방을 제공한다.
그리고, 히트 펌프(600)의 증발기(630)는 냉방용 순환 유로(510) 내를 흐르는 냉방용 순환수를 냉각하게 된다. 냉방용 순환 유로(510) 내를 흐르는 냉방용 순환수는 열 수요처(500)에 냉방을 제공한다.
다음, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템을 구체적으로 살펴본다.
우선, 히트 펌프(600)의 팽창 밸브(650)를 닫힘 상태로 전환한 상태로 압축기(640)를 구동하고, 냉매를 응축기(620)에 보낸다.
이때, 냉매는 팽창 밸브(650)에 의해 닫혀 있기 때문에, 응축기(620) 부근의 냉매가 고온이 된다.
따라서, 응축기(620) 부근 냉매 유로(610) 내의 냉매의 열이 제1분기 유로(331) 내를 흐르는 제1온도(T1)의 열원 물에 전달되어 제1온도(T1)의 열원 물은 제4온도(T4)의 열원 물로 가열되어 제3분기 유로(333)로 배출된다. 이렇게 제3분기 유로(333) 내를 흐르는 제4온도(T4)의 열원 물은 사용자 열교환기(400)로 공급되어 난방용 순환수로 열을 전달한다. 한편, 제3분기 유로(333) 내를 흐르는 제4온도(T4)의 열원 물은 공급 라인(310) 내를 흐르는 제1온도(T1)의 열원 물과 합쳐서 제2온도(T2)의 열원 물이 되어 회수 라인(320)으로 배출된다.
또한, 응축기(620)의 냉매가 압축됨과 동시에, 증발기(630) 부근의 냉매가 팽창되고 저온이 된다. 따라서, 냉방용 순환 유로(510) 내를 흐르는 냉방용 순환수의 열이 냉매 유로(610) 내의 냉매에 전달되어 히트 펌프(600)의 증발기(630)에서 배출되는 냉방용 순환수는 냉각되어 열 수요처(500)로 공급된다.
그러므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템(10)은 열 공급 대상 지역(200)의 각 열 수요처(500)에 히트 펌프(600)를 적용하여 저온 열원을 이용할 수 있으므로 열 수송부(300)의 설비 비용을 절감할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템(10)은 저온 열원을 이용하고 히트 펌프(600)를 연결하여 저온 열원과 히트 펌프(600)에 의해 열원을 공급할 수 있으므로 연료를 절감할 수 있게 된다.
본 발명의 다른 실시예를 도 2를 참조하여 설명한다. 전술한 일 실시예와 동일한 구성 요소를 나타내는 경우에는 동일한 부호를 부여하고, 그 설명은 생략한다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템을 나타낸 회로도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템(10a)은 저온 열원 생산부(110)를 구비하는 지역 냉난방 센터(100)와, 저온 열원 생산부(110)에서 생산된 저온 열원 물을 열 공급 대상 지역(200)으로 수송하는 열 수송부(300)와, 열 공급 대상 지역(200) 내에 구비되어 열 수송부(300)와 접속되는 사용자 열교환기(400)와, 저온 열원 물을 이용하여 열 공급 대상 지역(200) 내에서 사용자 열교환기(400)와 함께 열 수요처(500)에 냉방 또는 난방을 선택적으로 공급하는 히트 펌프(600)를 포함하여 구성된다.
지역 냉난방 센터(100)는 각종 저온 열원 물을 생산하는 저온 열원 생산부(110)를 포함한다. 이러한 저온 열원 생산부(110)는 열 수송부(300)에 접속되어 제1온도(T1)의 열원 물을 공급하고 제2온도(T2)의 열원 물을 회수한다. 저온 열원 생산부(110)에 의해 생산되는 제1온도(T1)의 열원 물은 30~40℃의 저온 열원 물인 것을 특징으로 한다.
열 수송부(300)는 지역 냉난방 센터(100)에서 열 공급 대상 지역(200)까지 제1온도(T1)의 열원 물을 공급하기 위한 공급 라인(310)과, 열 공급 대상 지역(200)에서 지역 냉난방 센터(100)로 제2온도(T2)의 열원 물을 회수하기 위한 회수 라인(320)을 포함한다.
열 공급 대상 지역(200)에는 분기 유로(330), 사용자 열교환기(400), 열 수요처(500), 냉난방용 순환 유로(520), 히트 펌프(600)가 구비된다.
열 수송부(300)의 공급 라인(310)과 회수 라인(320)은 열 공급 대상 지역(200)의 분기 유로(330)와 접속되어 열 수요처(500)에 열을 제공한다.
이러한 분기 유로(330)는 열 수송부(300)와 사용자 열교환기(400)를 접속시키는 제1분기 유로(331)와, 사용자 열교환기(400)와 히트 펌프(600)를 접속시키는 제2분기 유로(332)와, 제1분기 유로(331)와 제2분기 유로(332)를 선택적으로 접속시키는 제3분기 유로(333)를 포함한다.
제1분기 유로(331)는 열 수송부(300)의 공급 라인(310)과 접속되어 제1온도(T1)의 열원 물을 사용자 열교환기(400)로 공급하기 위한 제1A분기 유로(331a)와, 열 수송부(300)의 회수 라인(320)과 접속되어 제3온도(T3)의 열원 물을 사용자 열교환기(400)에서 회수하기 위한 제1B분기 유로(331b)를 포함한다.
제2분기 유로(332)는 사용자 열교환기(400)와 접속되어 제4온도(T4)의 열원 물을 히트 펌프(600)로 공급하기 위한 제2A분기 유로(332a)와, 제5온도(T5)의 열원 물을 히트 펌프(600)에서 회수하여 사용자 열교환기(400)로 공급하기 위한 제2B분기 유로(332b)를 포함한다.
제3분기 유로(333)는 제1A분기 유로(331a)와 제2A분기 유로(332a)를 선택적으로 접속시키기 위하여 제1밸브(V1)가 구비되는 제3A분기 유로(333a)와, 제1B분기 유로(331b)와 제2B분기 유로(332b)를 선택적으로 접속시키기 위하여 제2밸브(V2)가 구비되는 제3B분기 유로(333b)를 포함한다.
사용자 열교환기(400)는 제1A분기 유로(331a)와 제1B분기 유로(331b)에 연결되는 제1열교환부(410)와, 제1열교환부(410)와 열교환되도록 제2A분기 유로(332a)와 제2B분기 유로(332b)에 연결되는 제2열교환부(420)를 포함한다.
히트 펌프(600)는 냉매가 흐르는 냉매 유로(610)를 가지고 있으며, 냉매 유로(610) 상에는 응축기(620), 증발기(630), 압축기(640), 팽창 밸브(650)가 설치되어 있다.
제1온도(T1)의 열원 물은 열 수송부(300)의 공급 라인(310)을 거쳐 제1A분기 유로(331a)를 통하여 사용자 열교환기(400)로 공급된다.
제1A분기 유로(331a)를 통하여 사용자 열교환기(400)로 공급된 제1온도(T1)의 열원 물은 제2B분기 유로(332b)를 통하여 사용자 열교환기(400)로 공급된 제5온도(T5)의 열원 물에 저온의 열을 전달한다.
따라서, 제1온도(T1)의 열원 물은 제1열교환부(410)에서 제3온도(T3)의 열원 물로 열교환된 다음 제1B분기 유로(331b)로 배출되어 열 수송부(300)의 회수 라인(320)을 통하여 지역 냉난방 센터(100)로 회수되고, 제5온도(T5)의 열원 물은 제2열교환부(420)에서 제4온도(T4)의 열원 물로 열교환된 다음 제2A분기 유로(332a)로 배출되어 히트 펌프(600)로 공급된다.
히트 펌프(600)는 냉난방용 순환 유로(520) 내를 흐르는 순환수를 가열하게 된다.
먼저, 팽창 밸브(650)를 닫힘 상태로 전환한 상태로 압축기(640)를 구동하고, 냉매를 응축기(620)에 보낸다.
이때, 냉매는 팽창 밸브(650)에 의해 닫혀 있기 때문에, 응축기(620) 부근의 냉매가 고온이 된다. 따라서, 응축기(620) 부근 냉매 유로(610) 내의 냉매의 열이 냉난방용 순환 유로(520)의 순환수에 전달되고, 이렇게 냉매의 열이 전달된 순환수는 열 수요처(500)에 공급된다.
또한, 응축기(620)의 냉매가 압축됨과 동시에, 증발기(630) 부근의 냉매가 팽창되고 저온이 된다. 따라서, 제2A분기 유로(332a) 내를 흐르는 제4온도(T4)의 열원 물의 열이 냉매 유로(610) 내의 냉매에 전달되어 제5온도(T5)의 열원 물로 냉각되어 사용자 열교환기(400)의 제2열교환부(420)로 회수된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템(10a)은 도 2에서 열 수요처(500)에 난방을 제공하는 도면만 도시되어 있으나, 히트 펌프(600) 내의 응축기(610)와 증발기(620)의 배치를 변경하여 열 수요처(500)에 냉방을 제공할 수 있음은 물론이다.
그러므로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템(10a)은 열 공급 대상 지역(200)의 각 열 수요처(500)에 히트 펌프(600)를 적용하여 저온 열원을 이용할 수 있으므로 열 수송부(300) 등의 설비 비용을 절감할 수 있도록 한다.
도 2에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템의 변형례를 도 3을 참조하여 설명한다. 전술한 일 실시예와 동일한 구성 요소를 나타내는 경우에는 동일한 부호를 부여하고, 그 설명은 생략한다. 도 3은 도 2에 도시된 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템을 변형하여 나타낸 도면이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템(10b)은 저온 열원 생산부(110)를 구비하는 지역 냉난방 센터(100)와, 저온 열원 생산부(110)에서 생산된 저온 열원 물을 열 공급 대상 지역(200)으로 수송하는 열 수송부(300)와, 열 공급 대상 지역(200) 내에 구비되어 열 수송부(300)와 접속되는 사용자 열교환기(400)와, 저온 열원 물을 이용하여 열 공급 대상 지역(200) 내에서 사용자 열교환기(400)와 함께 열 수요처에 냉방 또는 난방을 선택적으로 공급하는 히트 펌프(600)와, 열 수송부(300)와 접속되어 열을 열 공급 대상 지역(200)으로 제공하는 서브 열원 공급부(700)를 포함하여 구성된다.
지역 냉난방 센터(100)는 각종 저온 열원을 생산하는 저온 열원 생산부(110)를 포함한다. 이러한 저온 열원 생산부(110)는 열 수송부(300)와 접속되어 제1온도(T1)의 열원 물을 공급하고 제2온도(T2)의 열원 물을 회수하기 위한데, 저온 열원 생산부(110)에 의해 생산되는 제1온도(T1)의 열원 물은 70~80℃의 저온 열원 물인 것을 특징으로 한다.
열 수송부(300)는 지역 냉난방 센터(100)에서 열 공급 대상 지역(200)까지 제1온도(T1)의 열원 물을 공급하기 위한 공급 라인(310)과, 열 공급 대상 지역(200)에서 지역 냉난방 센터로 제2온도(T2)의 열원 물이 회수되는 회수 라인(320)을 포함한다.
열 공급 대상 지역(200)에는 분기 유로(330), 사용자 열교환기(400), 열 수요처(500), 냉난방용 순환 유로(520), 히트 펌프(600)가 구비된다.
열 수송부(300)의 공급 라인(310)과 회수 라인(320)은 열 공급 대상 지역(200)의 분기 유로(330)와 접속되어 있다.
이러한 분기 유로(330)는 열 수송부(300)와 사용자 열교환기(400)를 접속시키는 제1분기 유로(331)와, 사용자 열교환기(400)와 히트 펌프(600)를 접속시키는 제2분기 유로(332)와, 제1분기 유로(331)와 제2분기 유로(332)를 선택적으로 접속시키는 제3분기 유로(333)를 포함한다.
제1분기 유로(331)는 열 수송부(300)의 공급 라인(310)과 접속되어 제1온도(T1)의 열원 물을 사용자 열교환기(400)로 공급하기 위한 제1A분기 유로(331a)와, 열 수송부(300)의 회수 라인(320)과 접속되어 제3온도(T3)의 열원 물을 사용자 열교환기(400)에서 회수하기 위한 제1B분기 유로(331b)를 포함한다.
제2분기 유로(332)는 사용자 열교환기(400)와 접속되어 제4온도(T4)의 열원 물을 히트 펌프(600)로 공급하기 위한 제2A분기 유로(332a)와, 제5온도(T5)의 열원 물을 히트 펌프(600)에서 회수하여 사용자 열교환기(400)로 공급하기 위한 제2B분기 유로(332b)를 포함한다.
제3분기 유로(333)는 제1A분기 유로(331a)와 제2A분기 유로(332a)를 선택적으로 접속시키기 위하여 제1밸브(V1)가 구비되는 제3A분기 유로(333a)와, 제1B분기 유로(331b)와 제2B분기 유로(332b)를 선택적으로 접속시키기 위하여 제2밸브(V2)가 구비되는 제3B분기 유로(333b)를 포함한다.
히트 펌프(600)는 냉매가 흐르는 냉매 유로(610)를 가지고 있으며, 냉매 유로(610) 상에는 응축기(620), 증발기(630), 압축기(640), 팽창 밸브(650)가 설치되어 있다.
응축기(620)는 냉매 유로(610)와 분기 유로(330)와의 사이에서 열교환하는 열교환기이고, 냉매 유로(610)를 흐르는 냉매의 열이 난방용 순환 유로(520) 내를 흐르는 난방용 순환수에 전달(방열)되게 되어 있다.
도 3에 도시된 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템(10b)은 열 수송부(300)와 접속되어 열 공급 대상 지역(200)에 열을 제공하는 서브 열원 공급부(700)를 더 포함한다.
이러한 서브 열원 공급부(700)는 열 수송부(300)의 회수 라인(320)과 접속되는 서브 열교환기(710)와, 서브 열교환기(710)와 접속되는 서브 히트 펌프(720)와, 서브 히트 펌프(720)에 저온의 열을 제공하는 서브 열원 생산부(730)를 포함한다.
열 수송부(300)의 회수 라인(320), 서브 열교환기(710), 서브 히트 펌프(720), 서브 열원 생산부(730)는 배관(740)을 통하여 서로 접속되어 있다.
즉, 서브 열교환기(710)는 제1배관(741)을 통하여 열 수송부(300)의 회수 라인(320)과 접속되며, 서브 열교환기(710)와 서브 히트 펌프(720)는 제2배관(742)을 통하여 서로 접속되며, 서브 히트 펌프(720)와 서브 열원 생산부(730)는 제3배관(743)을 통하여 서로 접속되어 있다.
따라서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템(10b)은 지역 냉난방 센터(100)와 열 수요처(500) 사이에서 저온 열원 생산부(110) 이외에 별도의 서브 열원 공급부(700)를 포함하여 지역 냉난방 센터(100)의 저온 열원 생산부(110)에 발생할 수 있는 과부하를 방지할 수 있게 된다.
도 2에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템의 또 다른 변형례를 도 4를 참조하여 설명한다. 전술한 일 실시예와 동일한 구성 요소를 나타내는 경우에는 동일한 부호를 부여하고, 그 설명은 생략한다. 도 4는 도 2에 도시된 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템의 다른 변형례를 나타낸 도면이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템(10c)은 저온 열원 생산부(110)를 구비하는 지역 냉난방 센터(100)와, 저온 열원 생산부(110)에 의해 생산된 저온 열원 물을 열 공급 대상 지역으로 수송하는 열 수송부(300)와, 열 공급 대상 지역(200) 내에 구비되어 열 수송부(300)와 접속되는 사용자 열교환기(400)와, 저온 열원 물을 이용하여 열 공급 대상 지역(200) 내에서 사용자 열교환기(400)와 함께 열 수요처(500)에 냉방 또는 난방을 선택적으로 공급하는 히트 펌프(600)와, 열 수송부(300)의 회수 라인(320)에 접속되어 열원의 급격한 온도 상승을 방지하기 위한 냉각수 제공부(800)를 포함하여 구성된다.
지역 냉난방 센터(100)는 각종 저온 열원을 생산하는 저온 열원 생산부(110)를 포함한다. 이러한 저온 열원 생산부(110)는 열 수송부(300)와 접속되어 제1온도(T1)의 열원 물을 공급하고 제2온도(T2)의 열원 물을 회수하기 위한데, 저온 열원 생산부(110)에 의해 생산되는 제1온도(T1)의 열원 물은 70~80℃의 저온 열원 물로 한다.
열 수송부(300)는 지역 냉난방 센터(100)에서 열 공급 대상 지역(200)까지 제1온도(T1)의 열원 물을 공급하기 위한 공급 라인(310)과, 열 공급 대상 지역(200)에서 지역 냉난방 센터(100)로 제2온도(T2)의 열원 물을 회수하기 위한 회수 라인(320)을 포함한다.
열 공급 대상 지역(200)에는 분기 유로(330), 사용자 열교환기(400), 히트 펌프(600), 난방용 순환 유로(520), 열 수요처(500)가 구비된다.
열 수송부(300)의 공급 라인(310)과 회수 라인(320)은 열 공급 대상 지역(200)의 분기 유로(330)와 접속되어 있다.
이러한 분기 유로(330)는 열 수송부(300)와 사용자 열교환기(400)를 접속시키는 제1분기 유로(331)와, 사용자 열교환기(400)와 히트 펌프(600)를 접속시키는 제2분기 유로(332)와, 제1분기 유로(331)와 제2분기 유로(332)를 선택적으로 접속시키는 제3분기 유로(333)를 포함한다.
히트 펌프(600)는 냉매가 흐르는 냉매 유로(610)를 가지고 있으며, 냉매 유로(610) 상에는 응축기(620), 증발기(630), 압축기(640), 팽창 밸브(650)가 설치되어 있다.
증발기(630)는 냉매 유로(610)와 냉방용 순환 유로(510)와의 사이에서 열교환하는 열교환기이고, 냉매 유로(610)를 흐르는 냉매에 냉방용 순환 유로(510)를 흐르는 냉방용 순환수의 열이 전달(흡열)되게 되어 있다.
도 4에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템(10c)은 열 수송부(300)의 회수 라인(320)에 접속되어 열원의 급격한 온도 상승을 방지하기 위한 냉각수 제공부(800)를 더 포함한다.
냉각수 제공부(800)는 열 수송부(300)의 회수 라인(320)에 접속되는 냉각수용 열교환기(810)와, 냉각수용 열교환기(810)에 접속되는 냉각수 공급처(820)를 포함하여 구성된다.
냉각수용 열교환기(810)는 제1배관(831)을 통하여 열 수송부(300)의 회수 라인(320)과 접속되며, 냉각수용 열교환기(810)와 냉각수 공급처(820)는 제2배관(832)을 통하여 서로 접속되어 있다.
여기서, 냉방 모드일 경우, 냉방 부하가 커질수록 열 수송부(300)의 회수 라인(320) 내를 흐르는 순환수의 온도가 올라가게 되므로 지역 냉난방 센터(100)와 열 수요처(500) 사이에 냉각수 제공부(800)를 구비하여 순환수의 급격한 온도 상승을 방지할 수 있도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템은 열 공급 대상 지역의 각 열 수요처에 히트 펌프를 적용하여 저온 열원을 이용할 수 있도록 하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.
10,10a,10b,10c...히트 펌프를 이용한 지역 냉난방 시스템
100...지역 냉난방 센터 110...저온 열원 생산부
200...열 공급 대상 지역 300...열 수송부
310...공급 라인 320...회수 라인
330...분리 유로 400...사용자 열교환기
500...열 수요처 600...히트 펌프

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 저온 열원 생산부를 구비하는 지역 냉난방 센터와,
    상기 저온 열원 생산부에서 생산된 저온 열원 물을 열 공급 대상 지역으로 수송하는 열 수송부와,
    상기 열 공급 대상 지역 내에 구비되어 상기 열 수송부와 접속되는 사용자 열교환기와,
    상기 열 공급 대상 지역 내에서 상기 사용자 열교환기와 함께 상기 저온 열원 물을 이용하여 열 수요처에 냉방 또는 난방을 선택적으로 제공하는 히트 펌프를 포함하며,
    상기 열 수송부는 상기 지역 냉난방 센터에서 열 공급 대상 지역까지 제1온도의 열원 물을 공급하기 위한 공급 라인과, 상기 열 공급 대상 지역으로부터 지역 냉난방 센터까지 제2온도의 열원 물을 회수하기 위한 회수 라인을 포함하며,
    상기 열 공급 대상 지역에는 상기 공급 라인과 회수 라인에 접속되는 분기 유로가 구비되는 것을 특징으로 하는 지역 냉난방 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1온도의 열원 물은 30~40℃ 또는 70~80℃의 저온 열원 물인 것을 특징으로 하는 지역 냉난방 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 분기 유로는 상기 열 수송부의 공급 라인과 접속되어 상기 제1온도의 열원 물을 상기 히트 펌프로 공급하기 위한 제1분기 유로와, 상기 열 수송부의 회수 라인과 접속되어 상기 사용자 열교환기로부터 제3온도의 열원 물을 회수하기 위한 제2분기 유로와, 상기 히트 펌프와 열교환기 사이에 배치되어 제4온도의 열원 물을 상기 사용자 열교환기로 공급하기 위한 제3분기 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 지역 냉난방 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 히트 펌프는 상기 제1온도의 열원 물을 상기 제4온도의 열원 물로 가열하는 응축기와, 상기 제1온도의 열원 물이 상기 제4온도의 열원 물로 가열되는 것을 이용하여 냉방용 순환수를 냉각하는 증발기와, 상기 응축기와 증발기 사이에 각각 배치되는 압축기 및 팽창 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 지역 냉난방 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 사용자 열교환기에는 상기 열 수요처에 난방을 제공하는 난방용 순환 유로가 접속되고,
    상기 히트 펌프에는 상기 열 수요처에 냉방을 제공하는 냉방용 순환 유로가 접속되는 것을 특징으로 하는 지역 냉난방 시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 분기 유로는 상기 열 수송부와 사용자 열교환기를 접속시키는 제1분기 유로와, 상기 사용자 열교환기와 히트 펌프를 접속시키는 제2분기 유로와, 상기 제1분기 유로와 제2분기 유로를 선택적으로 접속시키는 제3분기 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 지역 냉난방 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1분기 유로는 상기 열 수송부의 공급 라인과 접속되어 상기 제1온도의 열원 물을 상기 사용자 열교환기로 공급하기 위한 제1A분기 유로와, 상기 열 수송부의 회수 라인과 접속되어 제3온도의 열원 물을 상기 열교환기에서 회수하기 위한 제1B분기 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 지역 냉난방 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2분기 유로는 상기 사용자 열교환기와 접속되어 제4온도의 열원 물을 상기 히트 펌프로 공급하기 위한 제2A분기 유로와, 제5온도의 열원 물을 상기 히트 펌프에서 회수하여 상기 사용자 열교환기로 공급하기 위한 제2B분기 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 지역 냉난방 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1분기 유로는 상기 열 수송부의 공급 라인과 접속되어 상기 제1온도의 열원 물을 상기 사용자 열교환기로 공급하기 위한 제1A분기 유로와, 상기 열 수송부의 회수 라인과 접속되어 제3온도의 열원 물을 상기 열교환기에서 회수하기 위한 제1B분기 유로를 포함하며,
    상기 제2분기 유로는 상기 사용자 열교환기와 접속되어 제4온도의 열원 물을 상기 히트 펌프로 공급하기 위한 제2A분기 유로와, 제5온도의 열원 물을 상기 히트 펌프에서 회수하여 상기 사용자 열교환기로 공급하기 위한 제2B분기 유로를 포함하며,
    상기 제3분기 유로는 상기 제1A분기 유로와 제2A분기 유로를 선택적으로 접속시키기 위하여 제1밸브가 구비되는 제3A분기 유로와, 상기 제1B분기 유로와 제2B분기 유로를 선택적으로 접속시키기 위하여 제2밸브가 구비되는 제3B분기 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 지역 냉난방 시스템.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 열 수송부와 접속되어 저온의 열을 열 공급 대상 지역으로 제공하는 서브 열원 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지역 냉난방 시스템.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 열 수송부의 회수 라인에 접속되어 회수되는 열원 물의 급격한 온도 상승을 방지하기 위한 냉각수 제공부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지역 냉난방 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 서브 열원 공급부는 상기 열 수송부의 회수 라인과 접속되는 서브 열교환기와, 상기 서브 열교환기와 접속되는 서브 히트 펌프와, 상기 서브 히트 펌프에 저온 열원을 제공하는 서브 열원 생산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지역 냉난방 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 냉각수 제공부는 상기 열 수송부의 회수 라인에 접속되는 냉각수용 열교환기와, 상기 냉각수용 열교환기에 접속되는 냉각수 공급처를 포함하는 것을 특징으로 하는 지역 냉난방 시스템.
  15. 저온의 열을 생산하는 저온 열원 생산부를 구비하는 지역 냉난방 센터;와,
    상기 저온 열원 생산부에 의해 생산된 열원 물을 열 공급 대상 지역으로 수송하기 위하여 상기 지역 냉난방 센터에서 상기 열 공급 대상 지역까지 제1온도의 열원 물을 공급하기 위한 공급 라인과, 상기 열 공급 대상 지역으로부터 상기 지역 냉난방 센터까지 제2온도의 열원 물을 회수하기 위한 회수 라인을 포함하는 열 수송부;와,
    상기 열 공급 대상 지역 내에 구비되어 상기 열 수송부와 접속되는 사용자 열교환기;와,
    상기 열 공급 대상 지역 내에서 상기 제1온도의 열원 물을 이용하여 상기 사용자 열교환기와 함께 열 수요처에 냉방 또는 난방을 선택적으로 제공하는 히트 펌프;와,
    상기 열 공급 대상 지역 내에서 상기 공급 라인에 접속되어 상기 제1온도의 열원 물을 상기 사용자 열교환기와 히트 펌프 중 적어도 어느 하나에 제공한 다음 제3온도의 열원 물을 상기 회수 라인으로 제공하는 분기 유로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지역 냉난방 시스템.
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