KR101184699B1 - Hybrid heat pump system using geothermal or waste water heat - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An air heat source heat pump system using geothermal heat or waste water heat is provided to increase thermal capacity and efficiency by removing the frost on a radiation fin of an outdoor heat exchanger. CONSTITUTION: An air heat source heat pump system using geothermal heat or waste water heat comprises a heat source unit(100), a geothermal heat pump(200), a lower building part(300), an air heat source heat pump(400). The heat source unit comprises a geothermal heat exchanger(120). The geothermal heat pump connected to the heat source unit performs the heat exchange. The lower building part connected to the geothermal heat pump is used for heating the building. The air heat source heat pump comprises an outdoor heat exchanger(420), a compressor(440), a condenser(460), and an expansion valve(480). The air heat under the building is used for heating the building.

Description

지열 또는 폐수의 열원을 이용한 하이브리드 공기열원 히트펌프 시스템{Hybrid heat pump system using geothermal or waste water heat}Hybrid heat pump system using geothermal or waste water heat
본 발명은 지열 또는 폐수의 열원을 이용한 하이브리드 공기열원 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지열원 히트펌프와 공기열원 히트펌프를 하이브리드식으로 사용가능하게 하고, 지열의 열원을 이용하여 겨울철 공기열원 히트펌프 운전시 이중관식 실외 열교환기의 방열핀에 형성된 서리를 효과적으로 제상 하여 공기열원 히트펌프를 안정적으로 운전할 수 있도록 하는 지열 또는 폐수의 열원을 이용한 하이브리드 공기열원 히트펌프 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid air heat source heat pump system using a heat source of geothermal or wastewater, more specifically, geothermal source heat pump and air heat source heat pump can be used in a hybrid type, using the geothermal heat source in winter air The present invention relates to a hybrid air heat source heat pump system using a heat source of geothermal or wastewater to efficiently defrost the frost formed on the heat radiation fin of a double tube outdoor heat exchanger to operate the air heat source heat pump stably during the operation of the heat source heat pump.
통상적으로 히트펌프는 압축기, 응축기, 팽창변, 증발기 및 냉난방운전 변환시 냉매의 유로 전환을 위한 사방변으로 구성되어 있으며, 냉매는 이들 4개의 구성요소를 순환하여 압축, 응축, 팽창, 증발의 과정을 반복하게 된다. 이때 응축기의 응축방열을 이용하면 난방운전이 되고, 흡열증발열을 이용하면 냉방운전이 된다.In general, the heat pump is composed of a compressor, a condenser, an expansion valve, an evaporator, and a four-sided valve for converting a refrigerant flow path during a cooling / heating operation conversion. Done. At this time, if the condensation heat of the condenser is used for heating operation, the endothermic evaporative heat is used for cooling operation.
그러나, 특히 공기열원을 이용하는 공기열원 히트펌프의 열교환기는 실외에 설치되게 되는데, 이때 겨울철 공기열원 히트펌프를 난방운전하는 경우, 실외에서 유입되는 공기의 온도가 0 ~ 5도에서 공급되면 외기습도의 이슬점으로 인하여 실외 열교환기의 방열핀에 서리가 발생하는 적상(積霜)현상이 나타나고, 서리는 낮은 열전도 특성을 있고, 그 서리에 의해 방열핀이 공기와의 직접접촉에 의한 대류 열전달을 방해함에 따라 열교환 능력을 크게 저하시키는 현상이 발생하게 된다.In particular, the heat exchanger of the air heat source heat pump using the air heat source is installed outdoors. In this case, when the air heat source heat pump is operated in winter, when the temperature of the air introduced from the outside is supplied at 0 to 5 degrees, The dew point causes frost on the heat radiating fin of the outdoor heat exchanger, and the frost has low thermal conductivity, and the heat dissipation fin prevents convective heat transfer by direct contact with air. A phenomenon that greatly degrades the ability occurs.
또한, 냉매의 비등점과 비슷한 영하 5도 이하의 온도에서는 열교환기의 내부 관에서 흐르는 냉매의 증발이 양호하지 않게 되어 열교환기의 성능이 크게 저하되고, 또한 압축기에 액체상태인 냉매가 유입되게 되므로 액압축이 발생하는 문제점이 생겼다. 액압축은 압축기에 부하가 크게 작용하여 압축기가 소손되는 주요 고장원이 되었다.In addition, at temperatures below 5 degrees Celsius, which is similar to the boiling point of the refrigerant, the evaporation of the refrigerant flowing in the inner tube of the heat exchanger is not good, and the performance of the heat exchanger is greatly reduced, and the liquid refrigerant is introduced into the compressor. There is a problem that compression occurs. Hydraulic compression has been a major source of failure for compressors due to large loads on the compressor.
따라서, 종래에는 공기열원 히트펌프의 실외 열교환기를 제상(除霜)하기 위해서 전기히터 사용방식, 압축기의 고온고압의 가스를 바이패스시킨 핫가스 운용방식, 냉매사이클을 역으로 운전하는 역사이클 방식 등 다양한 방식을 동원하여 제상을 해결하고자 하였으나, 추가 전력사용의 증가, 가용 응축열원의 감소, 설비비의 증가, 난방운전의 단속 등의 문제가 부가적으로 발생되어 비용이 증가하고 효율이 떨어지는 문제점이 있어왔다.Therefore, in order to defrost the outdoor heat exchanger of the air heat source heat pump, the electric heater use method, the hot gas operation method which bypasses the high temperature and high pressure gas of the compressor, the reverse cycle method which operates the refrigerant cycle in reverse, etc. Although various methods have been used to solve the defrost, there are problems such as an increase in additional power usage, a decrease in available condensation heat sources, an increase in equipment costs, and an interruption in heating operation, resulting in increased costs and inefficient efficiency. come.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 지중열원 히트펌프와 공기열원 히트펌프를 하이브리드식으로 시스템을 구성하여 안정적인 열원을 공급가능하게 하고, 영구적으로 사용할 수 있는 지열과 폐수의 열원을 이용하여 공기열원 히트펌프의 이중관식 실외 열교환기에 열원을 공급하게 하여 이중관식 실외 교환기에 생성된 서리를 제상할 수 있는 지열 또는 폐수의 열원을 이용한 하이브리드 공기열원 히트펌프 시스템을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made in order to solve the above problems, it is possible to supply a stable heat source by configuring a ground heat source heat pump and air heat source heat pump in a hybrid system, the heat source of geothermal and wastewater that can be used permanently It is to provide a hybrid air heat source heat pump system using a heat source of geothermal or wastewater that can defrost frost generated in a double tube outdoor exchanger by supplying a heat source to a double tube outdoor heat exchanger of an air heat source heat pump using There is this.
여기서, 대기온도가 차가운 겨울철에 공기열원 히트펌프를 운전하는 경우, 실외 열교환기의 방열핀에 형성된 적상을 효과적으로 제거할 수 있도록 하는 지열 또는 폐수의 열원을 이용한 하이브리드 공기열원 히트펌프 시스템을 제공하고자 하는데도 그 목적이 있다.Here, even when operating the air heat source heat pump in the cold winter air temperature, to provide a hybrid air heat source heat pump system using a heat source of geothermal or wastewater to effectively remove the drops formed on the heat radiation fin of the outdoor heat exchanger. There is a purpose.
또한, 관내에서 흐르는 냉매에 증발열 공급이 충분히 이루어지도록 하여 열교환기의 성능저하를 방지하고, 냉매가 압축기에 기체상태로 유입되도록 하여 압축기에 부하가 작게 작용하도록 하는 지열 또는 폐수의 열원을 이용한 하이브리드 공기열원 히트펌프 시스템을 제공하고자 하는데도 그 목적이 있다.In addition, hybrid air using geothermal heat or wastewater heat sources that allow the evaporative heat to be sufficiently supplied to the refrigerant flowing in the pipe to prevent deterioration of the heat exchanger and to allow the refrigerant to flow into the compressor in a gaseous state, thereby reducing the load on the compressor. The aim is to provide a heat source heat pump system.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 지열 또는 폐수의 열원을 공급받는 지중열교환기가 지중에 매설된 열원부; 상기 열원부와 연결되어 열교환이 이루어지는 지열원 히트펌프; 상기 지열원 히트펌프와 연결되어 건물의 난방에 이용되는 건물부하부; 및 이중관식 실외 열교환기, 압축기, 응축기 및 팽창밸브로 냉매가 순환되도록 구성되어 상기 건물부하부에 공기열로 건물 난방 가능하게 구성되는 공기열원 히트펌프;로 이루어지되, 상기 이중관식 실외 열교환기는 상기 지열원 히트펌프와 열교환되게 연결되어 상기 열원부의 열원이 지열원 히트펌프를 거쳐 이중관식 실외 열교환기에 생성된 서리를 제상하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a ground heat exchanger buried in the ground; A geothermal source heat pump connected to the heat source unit to perform heat exchange; A building load part connected to the geothermal heat pump and used for heating the building; And an air heat source heat pump configured to circulate a refrigerant through a double tube outdoor heat exchanger, a compressor, a condenser, and an expansion valve, and to heat the building by air heat at the building load. It is characterized in that the heat source is connected to the heat exchange heat exchanger and the heat source of the heat source portion defrost the frost generated in the double-tubular outdoor heat exchanger via the geothermal source heat pump.
상기 지열원 히트펌프와 공기열원 히트펌프 사이에는, 상기 지열원 히트펌프의 열을 저장하고 공기열원 히트펌프로 공급가능한 축열조가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.Between the geothermal source heat pump and the air heat source heat pump, the heat storage tank capable of storing the heat of the geothermal source heat pump and supply to the air heat source heat pump is characterized in that it is further provided.
상기 축열조와 공기열원 히트펌프 사이에는, 상기 축열조의 온수와 공기열원 히트펌프의 부동액이 열교환 되는 부동액 열교환기가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.Between the heat storage tank and the air heat source heat pump, an antifreeze heat exchanger is further provided that the anti-freeze of the hot water of the heat storage tank and the antifreeze of the air heat source heat pump.
상기 압축기와 응축기 사이에는, 급탕용 열교환기가 더 구비되어 급탕탱크와 바닥난방에 이용 가능한 것을 특징으로 한다.Between the compressor and the condenser, a hot water heat exchanger is further provided, characterized in that it can be used for hot water tank and floor heating.
상기 이중관 실외 열교환기와 압축기의 사이와, 응축기와 팽창밸브의 사이에는, 응축기를 통과한 냉매의 응축잔열과 이중관 실외 열교환기를 통과한 냉매의 증발잔열이 서로 열교환 되도록 하는 내부 열교환기가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.Between the double tube outdoor heat exchanger and the compressor, and between the condenser and the expansion valve, there is further provided an internal heat exchanger for heat exchange between the condensation residual heat of the refrigerant passing through the condenser and the evaporation residual heat of the refrigerant passing through the double tube outdoor heat exchanger. It is done.
상기 이중관식 실외 열교환기는, 상기 지열원 히트펌프에서 공급된 유체가 유동되는 내관과, 상기 내관 외주면에 구비되되, 내측으로 돌출 형성된 복수 개의 돌출부에 의해 구획된 마이크로 채널이 길이방향으로 형성되어 냉매가 유동되는 외관 및 상기 외관 외주면에 구비되되, 전조 작업으로 형성된 방열핀으로 구성되는 것을 특징으로 한다.The double tube type outdoor heat exchanger includes an inner tube through which the fluid supplied from the geothermal source heat pump flows, and a micro channel partitioned by a plurality of protrusions protruding inwardly formed on an inner circumferential surface of the inner tube, and having a refrigerant therein. It is provided on the exterior and the outer peripheral surface of the flow, characterized in that consisting of a heat radiation fin formed by a rolling operation.
상기 이중관식 실외 열교환기는, 상기 지열원 히트펌프에서 공급된 유체가 유동되는 내관, 상기 내관 외주면에 구비되는 외관, 상기 내관과 외관 사이에 구비되는 것으로, 냉매가 유동되는 마이크로 채널과, 이를 구획하는 돌출부가 연속되게 압출로 형성되는 알루미늄 냉매관 및 상기 외관 외주면에 전조로 형성된 방열핀으로 구성되는 것을 특징으로 한다.The double tube type outdoor heat exchanger is provided between the inner tube through which the fluid supplied from the geothermal source heat pump flows, the outer tube provided on the outer circumferential surface, and between the inner tube and the outer tube, the microchannel through which the refrigerant flows, and partitioning it. It is characterized by consisting of a heat dissipation fin formed as a precursor to the aluminum refrigerant pipe and the outer circumferential surface of the protrusion is continuously formed by extrusion.
상기 건물부하부에는, 상기 지열원 히트펌프와 공기열원 히트펌프에서 공급된 열원을 저장하는 공급탱크가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.The building load portion is characterized in that the supply tank for storing the heat source supplied from the geothermal source heat pump and the air heat source heat pump is further provided.
상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있을 것이다.According to the present invention having the above-described configuration, the following effects can be expected.
우선, 건물부하부에 공기열원 히트펌프를 메인으로 사용하고, 부족한 열원은 지열원 히트펌프를 이용하여 보조열원 수단으로 사용함에 따라 하이브리드식 히트펌프를 사용할 수 있게 된다. First, the air heat source heat pump is used as the main part of the building load, and the insufficient heat source is used as the auxiliary heat source means by using the geothermal source heat pump, thereby enabling the use of a hybrid heat pump.
그리고, 영구적으로 사용할 수 있는 지열 또는 폐수의 열원을 이용하여 겨울철에 공기열원 히트펌프 운행시에 이중관식 실외 열교환기의 방열핀에 생성된 적상을 제거할 수 있게 되므로, 전기히터나 보일러와 같은 방식보다 열용량과 열효율면에서 크고, 친환경적으로 이용할 수 있는 장점이 있게 된다.And, by using the heat source of geothermal or wastewater that can be used permanently, it is possible to remove the accumulated drop on the heat sink fin of the double-pipe outdoor heat exchanger during the operation of the air heat source heat pump in winter, In terms of heat capacity and heat efficiency, there is an advantage that can be used largely and environmentally friendly.
또한, 지열원 히트펌프와 열교환된 이중관식 실외교환기의 내관에 유동되는 유체의 열은 이중관식 실외 교환기에서 유동되는 냉매에 열전달되어 냉매가 충분히 기화할 수 있도록 충분한 열원을 공급하게 되고, 혹한기때 열교환기의 성능저하 방지와 기체만을 압축기에 유입되도록 하여 압축기의 부하를 방지하여 공기열원 히트펌프의 안정적인 운행을 할 수 있게 된다.In addition, the heat of the fluid flowing in the inner tube of the double-tube outdoor exchanger heat-exchanged with the geothermal source heat pump heat transfer to the refrigerant flowing in the double-tube outdoor exchanger to supply a sufficient heat source to sufficiently vaporize the refrigerant, heat exchange during cold weather It is possible to perform stable operation of the air heat source heat pump by preventing the deterioration of the performance and only the gas to be introduced into the compressor to prevent the load of the compressor.
또한, 초기 시설투자비가 낮은 공기열원 히트펌프를 메인으로 구성하고 지중 천공, 넓은 부지 및 시설투자비가 비싼 지열원 히트펌프를 보조로 하는 조합으로 구성하여 시공 및 투자비를 절감할 수 있는 이점도 있게 된다.In addition, it is also possible to reduce the construction and investment costs by configuring the air heat source heat pump with a low initial capital investment as a main and a combination of subsurface perforation, a large site and a geothermal heat heat pump with high facility investment costs.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지열 또는 폐수의 열원을 이용한 하이브리드 공기열원 히트펌프 시스템의 구성도.
도 2(a)는 도 1의 이중관식 실외 열교환기의 일 예시를 나타낸 사시도.
도 2(b)는 도 2(a)의 A-A' 단면도.
도 3(a)는 도 1의 이중관식 실외 열교환기의 다른 예시를 나타낸 사시도.
도 3(b)는 도 3(a)의 A-A' 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지열 또는 폐수의 열원을 이용한 하이브리드 공기열원 히트펌프 시스템의 구성도.
1 is a block diagram of a hybrid air heat source heat pump system using a heat source of geothermal or wastewater according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 (a) is a perspective view showing an example of the double-tube outdoor heat exchanger of FIG.
FIG. 2B is a sectional view taken along line AA ′ of FIG. 2A.
Figure 3 (a) is a perspective view showing another example of the double-tube outdoor heat exchanger of FIG.
(B) is sectional drawing of the AA 'of FIG.
Figure 4 is a block diagram of a hybrid air heat source heat pump system using a heat source of geothermal or wastewater according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지열 또는 폐수의 열원을 이용한 하이브리드 공기열원 히트펌프 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a hybrid air heat source heat pump system using a heat source of geothermal or wastewater according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명은 크게 열원부(100), 지열원 히트펌프(200), 건물부하부(300) 및 공기열원 히트펌프(400)로 구성되어 상호 열교환이 되도록 이송관으로 각각 연결되게 된다.Referring to Figure 1, the present invention is largely composed of a heat source unit 100, a geothermal source heat pump 200, a building load unit 300 and an air heat source heat pump 400 is connected to each of the transfer pipe to be mutual heat exchange Will be.
먼저, 상기 열원부(100)는 지열 또는 폐수의 열원을 공급받는 지중열교환기(120)가 지중에 매설되게 된다.First, the heat source unit 100 is the underground heat exchanger 120 that is supplied with a heat source of geothermal or waste water is buried in the ground.
여기서, 상기 지중열교환기(120)는 설치방법에 따라 수직형 지중 열교환기, 수평형 지중 열교환기, 지표수형 지중 열교환기, 지하수형 지중 열교환기 등으로 나뉘는데, 설치 위치, 비용, 및 열원 종류에 따라 위의 방식 중 하나를 석택하여 다양하게 실시할 수 있게 된다.Here, the ground heat exchanger 120 is divided into a vertical underground heat exchanger, a horizontal underground heat exchanger, a groundwater underground heat exchanger, an groundwater underground heat exchanger, etc. according to the installation method, depending on the installation location, cost, and heat source type. Therefore, one of the above methods can be selected and implemented in various ways.
상기 지열원 히트펌프(200)는 상기 열원부(100)와 연결되어 열교환이 이루어지게 되고, 삼방변 밸브(V1)에 의해 상기 건물부하부(300)와 공기열원 히트펌프(400)로 열원이 선택적으로 공급 가능하게 되고, 삼방변 밸브(V2)를 통해 상기 건물부하부(300)와 공기열원 히트펌프(400)의 열원이 상기 지열원 히트펌프(200)로 배출 가능하게 된다.The geothermal source heat pump 200 is connected to the heat source unit 100 to perform heat exchange, and the heat source is transferred to the building load unit 300 and the air heat source heat pump 400 by a three-way valve V1. It is selectively possible to supply, the heat source of the building load portion 300 and the air heat source heat pump 400 through the three-way valve (V2) can be discharged to the geothermal heat source pump (200).
상기 건물부하부(300)는 상기 지열원 히트펌프와(200)와 공기열원 히트펌프(400)가 각각 공급헤더(320)와 환수헤더(340)에 연결되도록 하여 열원 공급과 배출이 이루어져 건물의 난방과 냉방을 할 수 있게 된다.The building load unit 300 is the geothermal heat source heat pump 200 and the air heat source heat pump 400 is connected to the supply header 320 and the return header 340, respectively, the heat source supply and discharge is made of the building Heating and cooling can be done.
여기서, 상기 건물부하부(300)의 열교환은 메인으로 구성한 상기 공기열원 히트펌프(400)에서 이루어지도록 하고, 상기 공기열원 히트펌프(400)의 열원이 부족시에는 상기 지열원 히트펌프(200)를 보조로 사용하는 것이 효율적이다.Here, the heat exchange of the building load unit 300 is to be made in the air heat source heat pump 400 configured as the main, when the heat source of the air heat source heat pump 400 is insufficient the geothermal source heat pump 200 It is efficient to use as a secondary.
그 이유는 초기 시설투자비가 낮은 공기열원 히트펌프(400)를 메인으로 구성하고, 지중을 천공하고 넓은 부지가 필요하며 시설투자비가 비싼 지열원 히트펌프(200)를 보조로 하는 조합으로 구성하여 시공 및 투자비를 절감할 수 있기 때문이다.The reason for this is that the air source heat pump 400, which has low initial capital investment costs, is mainly constructed, the ground is bored, a large site is required, and the construction is composed of a combination that assists the geothermal heat heat pump 200, which is expensive. And investment costs can be reduced.
상기 공기열원 히트펌프(400)는 이중관식 실외 열교환기(420), 압축기(440), 응축기(460) 및 팽창밸브(480)를 통해 냉매가 순환되도록 구성되어 상기 건물부하부(300)에 공기열로 건물 난방에 필요한 열원을 생산할 수 있도록 구성된다.The air heat source heat pump 400 is configured to circulate the refrigerant through the double-pipe outdoor heat exchanger 420, the compressor 440, the condenser 460 and the expansion valve 480, the air heat to the building load 300 It is configured to produce the heat source necessary for heating the building.
여기서, 상기 이중관식 실외 열교환기(420)는 상기 지열원 히트펌프(200)와 열교환되도록 연결되어 상기 열원부(100)의 열원이 지열원 히트펌프(200)를 거쳐 이중관식 실외 열교환기(420)에 공급되고, 그 열원이 서리를 제상(除霜)하는 것을 특징으로 한다.Here, the double tube type outdoor heat exchanger 420 is connected to heat exchange with the geothermal source heat pump 200 so that the heat source of the heat source unit 100 passes through the geothermal source heat pump 200 and the double tube type outdoor heat exchanger 420. ), And the heat source defrosts the ice.
그리고, 상기 이중관식 실외 열교환기(420)는 상기 지열원 히트펌프(200)에서 증발기의 역할을 하는 것으로, 상기 지열원 히트펌프(200)에서 열교환된 고온의 유체가 흐르는 관과, 공기열원 히트펌프(400)에서 순환되는 냉매가 유동되는 관이 상호 열전도 및 열전달 할 수 있게 된다.The double tube type outdoor heat exchanger 420 serves as an evaporator in the geothermal source heat pump 200, a tube through which the high-temperature fluid heat exchanged in the geothermal source heat pump 200 flows, and an air heat source heat. The pipe through which the refrigerant circulated in the pump 400 flows is capable of mutual heat conduction and heat transfer.
자세하게는, 상기 이중관식 실외 열교환기(420)에서 겨울철 서리가 주로 생성되는 방열핀(미도시)에 제상이 되도록 하는 것인데, 상기 이중관식 실외 열교환기(420)의 구성을 보다 명확하게 이해하기 위해 도 2와 3을 참조하여 자세하게 설명하기로 한다.
In detail, the double-pipe outdoor heat exchanger 420 is to be defrosted on the heat radiation fin (not shown) that is mainly produced in winter frost, in order to more clearly understand the configuration of the double-pipe outdoor heat exchanger 420 This will be described in detail with reference to 2 and 3.
도 2(a)는 도 1의 이중관식 실외 열교환기의 일 예시를 나타낸 사시도이고,도 2(b)는 도 2(a)의 A-A' 단면도이다.Figure 2 (a) is a perspective view showing an example of the double-pipe outdoor heat exchanger of Figure 1, Figure 2 (b) is a cross-sectional view taken along line AA 'of Figure 2 (a).
도 2(a)를 참조하면, 상기 이중관식 실외 열교환기(420)는, 상기 지열원 히트펌프에서 공급된 유체가 유동되는 내관(422)과, 상기 내관(422) 외주면에 구비되되, 내측으로 돌출 형성된 복수 개의 돌출부(423)에 의해 구획된 마이크로 채널(424)이 길이방향으로 형성되어 냉매가 유동되는 외관(426) 및 상기 외관(426) 외주면에 구비되되, 전조 작업으로 형성된 방열핀(429)으로 구성되게 된다.Referring to FIG. 2 (a), the double tube outdoor heat exchanger 420 is provided on an inner tube 422 through which a fluid supplied from the geothermal source heat pump flows, and an outer circumferential surface of the inner tube 422. The microchannel 424 partitioned by a plurality of protruding protrusions 423 is formed in the longitudinal direction so that the refrigerant flows in the exterior 426 and the exterior 426 is provided on the outer peripheral surface, the heat radiation fins 429 formed by the rolling work It will consist of.
도 2(b)를 참조하면, 고온은 유체가 유동되는 내관(422)에서 순차적으로 외관(426)의 돌출부(423), 방열핀(429)으로 전도되게 되어, 겨울철 공기열원 히트펌프(400)의 운행시 이중관식 실외 열교환기(420)의 방열핀(429)에 생성된 서리에 열전달되어 효과적으로 제상할 수 있게 된다.Referring to Figure 2 (b), the high temperature is to be conducted to the protrusion 423, the heat radiation fins 429 of the outer appearance 426 sequentially in the inner tube 422 through which the fluid flows, the winter heat source heat pump 400 During operation, heat is transferred to frost generated in the heat dissipation fins 429 of the double-pipe outdoor heat exchanger 420 to effectively defrost.
그리고, 상기 내관(422)에서 유동되는 고온의 유체는 상기 외관(426)의 마이크로 채널(424)에서 유동되는 냉매에 열전달되고, 열전달 받은 냉매는 증발잠열을 얻어서 기화되게 되어 압축기에 공급된다. 기화된 냉매가 압축기에 공급되어 압축기의 부하를 방지할 수 있게 되어 안정적인 공기열원 히트펌프(400)를 운전할 수 있게 된다.
The high temperature fluid flowing in the inner tube 422 is transferred to the refrigerant flowing in the microchannel 424 of the outer tube 426, and the heat-transfered refrigerant is vaporized by obtaining latent heat of vaporization and is supplied to the compressor. The vaporized refrigerant is supplied to the compressor to prevent the load of the compressor to operate the stable air heat source heat pump 400.
도 3(a)는 도 1의 이중관식 실외 열교환기의 다른 예시를 나타낸 사시도이고, 도 3(b)는 도 3(a)의 A-A' 단면도이다.FIG. 3 (a) is a perspective view showing another example of the double tube outdoor heat exchanger of FIG. 1, and FIG. 3 (b) is a sectional view taken along the line A-A 'of FIG.
도 3(a)를 참조하면, 상기 이중관식 실외 열교환기(420)는, 상기 지열원 히트펌프에서 공급된 유체가 유동되는 내관(422), 상기 내관(422) 외주면에 구비되는 외관(426), 상기 내관과 외관 사이에 구비되는 것으로, 냉매가 유동되는 마이크로 채널(424)과, 이를 구획하는 돌출부(423)가 연속되게 압출로 형성되는 알루미늄 냉매관(428) 및 상기 외관 외주면에 전조로 형성된 방열핀(429)으로 구성되게 된다.Referring to FIG. 3 (a), the double tube type outdoor heat exchanger 420 includes an inner tube 422 through which a fluid supplied from the geothermal source heat pump flows, and an outer tube 422 provided on an outer circumferential surface of the inner tube 422. In addition, provided between the inner tube and the outer tube, the microchannel 424 through which the refrigerant flows, and the aluminum refrigerant tube 428 formed by extrusion continuously formed by extrusion extrusion and the outer peripheral surface formed as a precursor to the outer surface It is composed of a heat radiation fin (429).
즉, 상기 내관(422)은 열원부(100)에서 지열원 히트펌프(200)를 거친 고온의 온수가 유동되는 관이고, 상기 냉매관(428)은 공기열원 히트펌프(400)에서 냉매가 순환되는 관으로 상호 열전도 및 열전달하게 된다.That is, the inner tube 422 is a tube through which hot water of high temperature passing through the geothermal source heat pump 200 flows from the heat source part 100, and the refrigerant tube 428 circulates the refrigerant in the air heat source heat pump 400. The tubes become mutually conductive and heat transfer.
도 3(b)를 참조하면, 고온은 유체가 유동되는 내관(422)에서 순차적으로 냉매관(428)의 돌출부(423), 외관(426), 방열핀(429)으로 전도되게 되어, 겨울철 공기열원 히트펌프(400)의 운행시 이중관식 실외 열교환기(420)의 방열핀(429)에 생성된 서리를 효과적으로 제상할 수 있게 된다.Referring to FIG. 3 (b), the high temperature is sequentially conducted to the protrusion 423, the exterior 426, and the heat dissipation fin 429 of the refrigerant pipe 428 in the inner pipe 422 through which the fluid flows. When the heat pump 400 runs, the frost generated at the heat dissipation fins 429 of the double tube outdoor heat exchanger 420 may be effectively defrosted.
그리고, 상기 내관(422)에서 유동되는 고온의 유체는 상기 냉매관(428)의 마이크로 채널(424)에서 유동되는 냉매로 열전달되고, 열전달 받은 냉매는 증발잠열을 얻어서 기화되게 되고, 기화된 냉매가 압축기에 공급되므로 압축기의 부하를 방지할 수 있게 되고, 그에 따라 안정적인 공기열원 히트펌프(400)를 운행할 수 있게 된다.In addition, the high temperature fluid flowing in the inner tube 422 is transferred to the refrigerant flowing in the microchannel 424 of the refrigerant pipe 428, and the heat-transfered refrigerant is vaporized by obtaining latent heat of evaporation. Since it is supplied to the compressor, the load of the compressor can be prevented, and thus, the stable air heat source heat pump 400 can be operated.
한편, 상기 내관(422)과 외관(426)은 동재질로 구성되게 되는데, 이는 그 사이에 구비되는 알루미늄 재질의 냉매관(428)을 유체와 냉매의 압력에서 손상되는 것을 방지하고, 외관(426)에 끼워져서 전조 작업으로 관과 핀이 일체로 된 방열핀(429)을 형성하기 위해 전조 작업에 의한 가압으로 냉매관(428)이 손상되는 것을 방지하기 위함이다.
On the other hand, the inner tube 422 and the outer shell 426 is made of the same material, which prevents the aluminum refrigerant pipe 428 provided between the damage from the pressure of the fluid and the refrigerant, the outer appearance 426 In order to prevent the refrigerant pipe 428 from being damaged by pressurization by the rolling operation in order to form a heat radiation fin 429 in which the tube and the fin are integrally inserted into the rolling operation.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지열 또는 폐수의 열원을 이용한 하이브리드 공기열원 히트펌프 시스템의 구성도이다.4 is a block diagram of a hybrid air heat source heat pump system using a heat source of geothermal or wastewater according to another embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예는 앞서, 도 1의 실시예의 기본 구성인 열원부(100), 지열원 히트펌프(200), 건물부하부(300), 공기열원 히트펌프(400)에서 축열조(500), 부동액 열교환기(600), 급탕용 열교환기(470) 및 내부 열교환기(490)가 더 추가되도록 한 것인데 이하에서는 추가적인 구성을 순서대로 상세 설명을 하기로 한다.4, another embodiment of the present invention, the heat source unit 100, the geothermal source heat pump 200, the building load unit 300, the air heat source heat pump 400 which is the basic configuration of the embodiment of FIG. In the heat storage tank 500, the antifreeze heat exchanger 600, the hot water heat exchanger 470 and the internal heat exchanger 490 is to be further added in the following will be described in detail the additional configuration in order.
먼저, 상기 축열조(500)는 상기 지열원 히트펌프(200)의 열을 저장하고 공기열원 히트펌프(400)로 공급가능 하도록 상기 지열원 히트펌프(200)와 공기열원 히트펌프(400) 사이에 구비되게 된다.First, the heat storage tank 500 is between the geothermal source heat pump 200 and the air heat source heat pump 400 to store the heat of the geothermal source heat pump 200 and to be supplied to the air heat source heat pump 400. It will be provided.
여기서, 상기 축열조(500)는 상변화물질(PCM:Phase Change Material)을 내장한 열저장 장치 TSB(Thermal Storage Box)로 구성할 수 있고, 지열원 히트펌프(200)의 난방응축열을 공급받아 상변화물질의 잠열을 이용하여 축열하게 된다.Here, the heat storage tank 500 may be configured as a heat storage device TSB (Thermal Storage Box) containing a phase change material (PCM), and receives the heating condensation heat of the geothermal source heat pump 200 The latent heat of the change material is used to accumulate.
따라서, 이중관식 실외 열교환기(420)에 제상이 필요한 경우에는, 지열원 히트펌프(200)의 난방운전을 통하여 난방 응축열을 축열조(500)에 저장하고, 이 저장된 축열조(500)의 열원을 이중관식 실외 열교환기(420)에 이용하여 효율을 높일 수 있는데, 이는 종래의 전기히터방식(효율 1이하)의 제상방법보다 효율이 3.45배 이상이므로 그만큼 에너지 절감할 수 있게 된다.Therefore, when defrosting is required for the double tube type outdoor heat exchanger 420, the heating condensation heat is stored in the heat storage tank 500 through the heating operation of the geothermal source heat pump 200, and the heat source of the stored heat storage tank 500 is doubled. Efficiency can be increased by using the tubular outdoor heat exchanger 420, which is 3.45 times more efficient than the conventional defrosting method of the electric heater method (efficiency 1 or less), thereby saving energy.
더욱이, 공기를 직접 데우는 전기히터나 역사이클을 이용하는 제상방법보다 축열조(500)의 물을 이용하는 경우, 물의 열용량이 공기보다 훨씬 크기 때문에 보다 효과적으로 제상할 수 있게 되는 이점도 있게 된다.Further, when using the water of the heat storage tank 500 than the defrosting method using an electric heater or a reverse cycle that directly heats the air, there is also an advantage that can be defrosted more effectively because the heat capacity of the water is much larger than the air.
즉, 물비열 1.0[cal/g.K], 공기비열 0.24[cal/g.K]이므로 같은 부피라면 물은 공기보다 3,600배 열을 수용할 수 있기 때문이다.That is, since water specific heat 1.0 [cal / g.K] and air specific heat 0.24 [cal / g.K], water can accommodate 3,600 times as much heat as air.
상기 부동액 열교환기(600)는 상기 축열조(500)의 온수와 공기열원 히트펌프(400)의 부동액이 열교환 되도록 상기 축열조(500)와 공기열원 히트펌프(400) 사이에 구비되게 되는 것으로, 상세하게는 상기 공기열원 히트펌프(400)의 이중관식 실외 열교환기(420)의 도 2,3에 도시된 것처럼 내관에 부동액이 유동되도록 하여 겨울철 온도가 낮을시에 유용하게 사용할 수 있게 된다.The antifreeze heat exchanger 600 is provided between the heat storage tank 500 and the air heat source heat pump 400 so that the hot water of the heat storage tank 500 and the antifreeze of the air heat source heat pump 400 are heat exchanged. As shown in FIGS. 2 and 3 of the double-pipe outdoor heat exchanger 420 of the air heat source heat pump 400, the antifreeze flows to the inner tube so that it can be usefully used when the winter temperature is low.
상기 급탕용 열교환기(470)는 상기 압축기(440)와 응축기(460) 사이에 구비되어 상기 압축기(440)의 과열된 고온고압의 핫가스를 열교환하여 급탕탱크(472)와 바닥난방(474)에 열원을 공급할 수 있고, 삼방변 밸브(V3, V4)를 설치하여 상기 급탕탱크(472)와 바닥난방(474)으로 선택적으로 공급가능하게 되고, 상호 교환이 가능하게 연결되어 효율적인 열교환이 이루어지게 된다.The hot water heat exchanger 470 is provided between the compressor 440 and the condenser 460 to heat-exchange the hot gas of the high temperature and high pressure of the compressor 440 to heat the hot water tank 472 and the floor heating 474. It is possible to supply a heat source, the three-way valve (V3, V4) is installed to be selectively supplied to the hot water tank 472 and the floor heating 474, and can be exchanged so that the efficient heat exchange do.
상기 내부 열교환기(490)는 상기 이중관식 실외 열교환기(420)와 압축기(440)의 사이와, 응축기(460)와 팽창밸브(480)의 사이에 구비되어 응축기를 통과한 냉매의 응축잔열과 이중관식 실외 열교환기를 통과한 냉매의 증발잔열이 서로 열교환 되도록 하게 되어 상기 응축기(460)의 서브쿨링과 상기 이중관식 실외 열교환기(420)의 수퍼히팅 효과를 유도하여 공기열원 히트펌프(400)의 성능향상과 안정성을 도모할 수 있는 이점이 있게 된다.The internal heat exchanger 490 is provided between the double tube outdoor heat exchanger 420 and the compressor 440, and between the condenser 460 and the expansion valve 480, and the residual heat of the refrigerant passing through the condenser. The evaporative residual heat of the refrigerant passing through the double tube outdoor heat exchanger is exchanged with each other to induce the sub-cooling of the condenser 460 and the super heating effect of the double tube outdoor heat exchanger 420, thereby There is an advantage to improve the performance and stability.
한편, 상기 건물부하부(300)에는, 상기 지열원 히트펌프(200)와 공기열원 히트펌프(400)에서 공급된 열원을 저장하는 공급탱크(700)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the building load unit 300, characterized in that the supply tank 700 for storing the heat source supplied from the geothermal heat source heat pump 200 and the air heat source heat pump 400 is further provided.
즉, 상기 지열원 히트펌프(200)와 공기열원 히트펌프(400)에서 생성된 열원은 상기 공급탱크(700)에 열원을 저장하고, 상기 건물부하부(300)와 필요시마다 열원을 공급하도록 하여 효율적인 관리를 할 수 있는 것이 바람직하다.
That is, the heat source generated in the geothermal source heat pump 200 and the air heat source heat pump 400 stores the heat source in the supply tank 700, and supplies the heat source whenever necessary with the building load 300. It is desirable to be able to manage efficiently.
이상과 같이 본 발명은 공기열원 히트펌프를 메인으로 하고, 겨울 난방 운전시 외기온도가 낮을 때 보조열원 수단으로서 지열원 히트펌프, 축열조, 부동액 열교환기를 이용하여 이중관식 실외 열교환기의 제상을 신속히 하고, 상기 공기열원 히트펌프내에 유동되는 냉매에 증발잠열을 효율적으로 공급하기 위한 지열 또는 폐수의 열원을 이용한 하이브리드 공기열원 히트펌프 시스템을 제공하는 것을 기본적인 기술적인 사상으로 하고 있음을 알 수 있으며, 이와 같은 본 발명의 기본적인 사상의 범주내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.As described above, the present invention mainly uses an air heat source heat pump, and rapidly defrosts a double tube type outdoor heat exchanger by using a geothermal source heat pump, a heat storage tank, and an antifreeze heat exchanger as auxiliary heat source means when the outside air temperature is low during winter heating operation. In addition, it can be seen that it is a basic technical idea to provide a hybrid air heat source heat pump system using a heat source of geothermal or wastewater for efficiently supplying latent heat of evaporation to a refrigerant flowing in the air heat source heat pump. Within the scope of the basic idea of the invention, of course, many other modifications are possible to those skilled in the art.
100: 열원부 120: 지중열교환기
200: 지열원 히트펌프 300: 건물부하부
400: 공기열원 히트펌프 420: 이중관식 실외 열교환기
422: 내관 423: 돌출부
424: 마이크로 채널 426: 외관
428: 냉매관 429: 방열핀
440: 압축기 460: 응축기
470: 급탕용 열교환기 480: 팽창밸브
490: 내부 열교환기 500: 축열조
600: 부동액 열교환기 700: 공급탱크
V1,V2,V3,V4: 삼방변 밸브
100: heat source portion 120: underground heat exchanger
200: geothermal heat pump 300: building load
400: air heat source heat pump 420: double tube outdoor heat exchanger
422: inner tube 423: protrusion
424: micro channel 426: appearance
428: refrigerant pipe 429: heat radiation fin
440: compressor 460: condenser
470: hot water heat exchanger 480: expansion valve
490: internal heat exchanger 500: heat storage tank
600: antifreeze heat exchanger 700: supply tank
V1, V2, V3, V4: Three Way Valve

Claims (8)

  1. 지열 또는 폐수의 열원을 공급받는 지중열교환기(120)가 지중에 매설된 열원부(100);
    상기 열원부와 연결되어 열교환이 이루어지는 지열원 히트펌프(200);
    상기 지열원 히트펌프와 연결되어 건물의 난방에 이용되는 건물부하부(300); 및
    이중관식 실외 열교환기(420), 압축기(440), 응축기(460) 및 팽창밸브(480)로 냉매가 순환되도록 구성되어 상기 건물부하부에 공기열로 건물 난방 가능하게 구성되는 공기열원 히트펌프(400);로 이루어지되, 상기 이중관식 실외 열교환기는 상기 지열원 히트펌프와 열교환되게 연결되어 상기 열원부의 열원이 지열원 히트펌프를 거쳐 이중관식 실외 열교환기에 생성된 서리를 제상하는 것을 특징으로 하는 지열 또는 폐수의 열원을 이용한 하이브리드 공기열원 히트펌프 시스템.
    A heat source part 100 in which the underground heat exchanger 120 which receives the heat source of geothermal or waste water is buried in the ground;
    A geothermal heat heat pump 200 connected to the heat source unit to perform heat exchange;
    A building load part 300 connected to the geothermal source heat pump and used for heating the building; And
    An air heat source heat pump 400 configured to circulate refrigerant through a double pipe type outdoor heat exchanger 420, a compressor 440, a condenser 460, and an expansion valve 480 to heat a building with air heat at the building load. The double tube outdoor heat exchanger is heat exchanged with the geothermal source heat pump so that the heat source of the heat source portion defrosts the frost generated in the double tube outdoor heat exchanger via the geothermal source heat pump. Hybrid air heat source heat pump system using heat source of waste water.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지열원 히트펌프(200)와 공기열원 히트펌프(400) 사이에는,
    상기 지열원 히트펌프의 열을 저장하고 공기열원 히트펌프로 공급가능한 축열조(500)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 지열 또는 폐수의 열원을 이용한 하이브리드 공기열원 히트펌프 시스템.
    The method of claim 1,
    Between the geothermal source heat pump 200 and the air heat source heat pump 400,
    Hybrid heat source heat pump system using a heat source of geothermal heat or waste water, characterized in that the heat storage tank 500 is further provided for storing the heat of the geothermal heat source heat pump and supply to the air heat source heat pump.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 축열조(500)와 공기열원 히트펌프(400) 사이에는,
    상기 축열조의 온수와 공기열원 히트펌프의 부동액이 열교환 되는 부동액 열교환기(600)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 지열 또는 폐수의 열원을 이용한 하이브리드 공기열원 히트펌프 시스템.
    The method of claim 2,
    Between the heat storage tank 500 and the air heat source heat pump 400,
    Hybrid air heat source heat pump system using a heat source of geothermal or waste water, characterized in that the anti-freeze heat exchanger 600 is further provided for heat exchange between the hot water of the heat storage tank and the antifreeze of the air heat source heat pump.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 압축기(440)와 응축기(460) 사이에는,
    급탕용 열교환기(470)가 더 구비되어 급탕탱크(472)와 바닥난방(474)에 이용 가능한 것을 특징으로 하는 지열 또는 폐수의 열원을 이용한 하이브리드 공기열원 히트펌프 시스템.
    The method of claim 1,
    Between the compressor 440 and the condenser 460,
    Hot air heat exchanger 470 for hot water supply is a hybrid air heat source heat pump system using a heat source of geothermal or waste water, characterized in that the hot water tank 472 and the floor heating 474 can be used.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이중관식 실외 열교환기(420)와 압축기(440)의 사이와, 응축기(460)와 팽창밸브(480)의 사이에는,
    응축기를 통과한 냉매의 응축잔열과 이중관식 실외 열교환기를 통과한 냉매의 증발잔열이 서로 열교환 되도록 하는 내부 열교환기(490)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 지열 또는 폐수의 열원을 이용한 하이브리드 공기열원 히트펌프 시스템.
    The method of claim 1,
    Between the double tube type outdoor heat exchanger 420 and the compressor 440 and between the condenser 460 and the expansion valve 480,
    Hybrid air heat source heat using a heat source of geothermal or waste water, characterized in that the internal heat exchanger 490 further comprises heat exchange between the condensation residual heat of the refrigerant passing through the condenser and the evaporation residual heat of the refrigerant passing through the double tube outdoor heat exchanger. Pump system.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이중관식 실외 열교환기(420)는,
    상기 지열원 히트펌프에서 공급된 유체가 유동되는 내관(422)과, 상기 내관 외주면에 구비되되, 내측으로 돌출 형성된 복수 개의 돌출부(423)에 의해 구획된 마이크로 채널(424)이 길이방향으로 형성되어 냉매가 유동되는 외관(426) 및 상기 외관 외주면에 구비되되, 전조 작업으로 형성된 방열핀(429)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 지열 또는 폐수의 열원을 이용한 하이브리드 공기열원 히트펌프 시스템.
    The method of claim 1,
    The double tube outdoor heat exchanger 420,
    An inner tube 422 through which the fluid supplied from the geothermal source heat pump flows and a micro channel 424 provided on the inner circumference of the inner tube and partitioned by a plurality of protrusions 423 protruding inward are formed in the longitudinal direction. Hybrid air heat source heat pump system using a heat source of geothermal or waste water, characterized in that the coolant flows on the exterior (426) and the outer peripheral surface, the heat radiation fin (429) formed by the rolling operation.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 이중관식 실외 열교환기(420)는,
    상기 지열원 히트펌프에서 공급된 유체가 유동되는 내관(422), 상기 내관 외주면에 구비되는 외관(426), 상기 내관과 외관 사이에 구비되는 것으로, 냉매가 유동되는 마이크로 채널(424)과, 이를 구획하는 돌출부(423)가 연속되게 압출로 형성되는 알루미늄 냉매관(428) 및 상기 외관 외주면에 전조로 형성된 방열핀(429)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 지열 또는 폐수의 열원을 이용한 하이브리드 공기열원 히트펌프 시스템.
    The method of claim 1,
    The double tube outdoor heat exchanger 420,
    An inner tube 422 through which the fluid supplied from the geothermal source heat pump flows, an exterior 426 provided on an outer circumferential surface of the inner tube, and a micro channel 424 provided between the inner tube and the exterior, in which a refrigerant flows, and Hybrid air heat source heat pump using a heat source of geothermal or wastewater, characterized in that the protrusion 423 partitioning is composed of an aluminum refrigerant pipe 428 continuously formed by extrusion and a heat radiation fin 429 formed by rolling on the outer peripheral surface system.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 건물부하부(300)에는,
    상기 지열원 히트펌프(200)와 공기열원 히트펌프(400)에서 공급된 열원을 저장하는 공급탱크(700)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 지열 또는 폐수의 열원을 이용한 하이브리드 공기열원 히트펌프 시스템.
    The method of claim 1,
    In the building load unit 300,
    Hybrid air heat source heat pump system using a heat source of geothermal or waste water, characterized in that the supply tank 700 for storing the heat source supplied from the geothermal source heat pump 200 and the air heat source heat pump 400.
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