KR101188964B1

KR101188964B1 - 수열원 히트펌프의 열교환기 동파방지 제어시스템

Info

Publication number: KR101188964B1
Application number: KR1020110075522A
Authority: KR
Inventors: 조용; 김대근; 김한일
Original assignee: 한국수자원공사
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2012-10-08

Abstract

본 발명은 수열원 히트펌프의 열교환기 동파방지시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상수도 등을 흐르는 원수를 이용하되, 그로부터 열에너지를 취득하여 난방용으로 사용하거나 혹은 상기 원수에 열에너지를 방출하여 냉방을 할 수 있도록 하는 수열원 히트펌프를 동절기에 사용할 때에 열교환기가 동파되는 것을 효과적으로 방지할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 수열원 히트펌프의 열교환기 동파방지시스템에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 파이프형으로 형성되되, 양측에 각각 형성되는 유입측과 유출측은 원수가 흐르는 원수관(A)에 연결되고, 상기 유입측에는 원수 순환펌프(11)가 설치되어 원수를 순환케 하는 원수 경유관(10)과; 일정 형상의 함체형으로 형성되되, 일측에는 상기 원수 경유관(10)의 중앙측이 내설되고, 타측에는 히트펌프(40)와 연결되는 부동액 순환관(30)의 일측이 내설되어 원수의 열에너지를 히트펌프(40)에 전달하는 열교환기(20)와; 부동액이 담겨지는 파이프형으로 형성되되, 일측은 상기 열교환기(20)의 타측에 내설되고, 타측은 히트펌프(40)에 내설되며, 부동액을 순환케 하는 부동액 순환펌프(31)가 설치되는 부동액 순환관(30)과; 일정 형상의 함체형으로서 공기조화장치(41)가 내설되되, 증발부가 위치하는 일측에는 부동액 순환관(30)의 타측이 설치되고, 응축부가 위치하는 타측에는 축열조를 순환하는 축열조 순환관(70)의 일측이 설치되는 히트펌프(40)와; 일정 형상의 함체형으로 형성되되, 일측에는 축열조 순환관(70)의 유입측이 연결되고, 타측에는 유출측이 연결되며, 내부에는 상기 축열조 순환관(70)을 순환하여 흐르는 난방수가 담겨지는 축열조(50)와; 파이프형으로서 양측에 각각 형성되는 유입측과 유출측은 원수 흐름방향으로 원수 경유관(10)에 차례대로 연결되되, 상기 유입측에는 제1개폐밸브(61)가, 유출측에는 제2개폐밸브(62)가 형성되고, 상기 유입측과 유출측 사이의 원수 경유관(10) 상에는 제3개폐밸브(63)가 형성되는 축열조 경유관(60); 을 포함하여 이루어지는 수열원 히트펌프의 열교환기 동파방지 제어시스템을 특징으로 한다.

Description

수열원 히트펌프의 열교환기 동파방지 제어시스템{A control system for preventing frozen to burst of the heat exchanger on the water heat source type heat pump}

본 발명은 수열원 히트펌프의 열교환기 동파방지 제어시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상수도 등을 흐르는 원수를 이용하되, 그로부터 열에너지를 취득하여 난방용으로 사용하거나 혹은 상기 원수에 열에너지를 방출하여 냉방을 할 수 있도록 하는 수열원 히트펌프를 동절기에 사용할 때에 열교환기가 동파되는 것을 효과적으로 방지할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 수열원 히트펌프의 열교환기 동파방지 제어시스템에 관한 것이다.

일반적으로 '히트펌프' 라 함은 냉매의 발열 또는 응축열을 이용하여 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방장치로서 구동방식에 따라 전기식과 엔진식으로 구분되는데, 대부분은 냉방과 난방을 겸용하는 구조로 되어 있다.

상기와 같은 구조로 이루어지는 히트펌프는 열원에 따라 공기열원식, 수열원식, 지열원식 등으로 나뉘어지며, 열공급방식에 따라 온수식, 냉수식으로 나뉘어진다.

상기와 같은 히트펌프는 압축기, 증발기, 응축기, 팽창밸브 등으로 이루어져 있으며, 난방용으로 사용할 경우에는, 외부에서 수득되는 소량의 열에너지를 증발기로 공급하여, 이를 전달받은 냉매는 상기 압축기와 응축기를 거치면서 고온의 열에너지를 발산하도록 하고, 상기 응축기에서 발산되는 고온의 열에너지는 난방하고자 하는 대상지점으로 공급되도록 함으로써 난방이 이루어지도록 한다.

또한, 냉방용으로 사용할 경우에는 응축기는 증발기로, 증발기는 응축기로 작용하도록 만들어, 응축된 냉매가 더운 바깥공기와 열교환됨으로써 냉방을 하고자 하는 대상 지점을 차갑게 만들도록 하는 것이다.

현재 대부분의 히트펌프는 냉방과 난방을 겸용하는 구조로 되어 있는 바, 그 열원을 공기로 이용하는 공기열원식은 외부온도가 섭씨 5도 이하로 하강하는 동절기에는 성능이 떨어지고, 기계적 손상도 발생하여 작동이 원활하지 않는 단점이 있으며, 하절기에는 냉열을 배출하기 위해 많은 전력이 소모되는 단점이 있다.

그러나, 수열원식 혹은 지열원식은 혹한 지역에서도 열원의 온도가 섭씨 5도 이하로 하강하지 않는 이상, 지속적으로 열을 공급할 수 있고, 에너지 효율도 높아 공기열원식을 대체하는 새로운 히트펌프로 주목받고 있다.

여기서, 상기 수열원식은 공기와는 달리 계절변화에 따른 온도 변화의 정도가 크지 아니하므로 냉방 및 난방이 안정적으로 이루어지는 장점이 있으며, 공기열원식보다 높은 효율로 히트펌프를 구동시킬 수 있는 장점도 있으며, 특히 초기 비용이 저렴할 뿐 아니라 대용량 집단에너지를 안정적으로 공급할 수 있는 장점도 있다.

한편, 상기와 같은 장점을 제공하는 수열원 히트펌프는 수자원을 열원으로 이용하는 것이므로, 동절기에는 난방을 위해 수자원으로부터 열에너지를 취득하여야 한다.

그러나, 상기 동절기에는 수자원 자체가 낮은 온도로 형성되고, 상기와 같이 낮은 온도로 형성되는 수자원은 열교환기를 거치면서 열에너지를 더욱 빼앗기게 되며, 결국 더 낮은 온도로 내려간 상태에서 히트펌프에서 유출된다.

예를 들어, 수열원 히트펌프를 이용하여 난방을 하고자 할 때에, 수자원이 섭씨 5도의 상태로 수열원 히트펌프에 유입되면, 상기 수자원은 열교환기에 열에너지를 빼앗기게 되고, 결국 섭씨 2.5도 이하의 온도로 떨어진 상태로 히트펌프에서 유출된다.

이와 관련하여, 기온이 영하 20도(섭씨) 정도로 하강하는 경우에는 수자원의 온도 또한 섭씨 2.5도 이하의 온도로 내려가는 경우가 많으며, 이러한 온도의 수자원이 히트펌프에 유입되면, 열교환기를 거치면서 열에너지를 빼앗기게 되고, 종국적으로 히트펌프에서 유출되는 수자원의 온도는 섭씨 0도 이하로 하강하게 되는데, 상기 섭씨 0도는 대기압에서의 물의 어는점이므로 이는 결국 열교환기의 동파로 이어지게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 히트펌프에 유입되는 수자원의 온도가 섭씨 2.5도 이하의 상태로 유입되는 경우에는 펌프의 구동력을 더욱 높여 수자원의 유입량을 증가시킴으로써 수자원의 온도가 저하되는 정도를 최소화하여 열교환기가 동파되는 것을 방지할 수는 있다.

그러나, 상기와 같이 기존에 설치된 펌프 및 배관으로 수자원의 유입량을 늘리는 것은 한계가 있을 뿐 아니라 배관을 통해 유입되는 수자원의 양을 늘리기 위해서는 펌프의 구동력을 높여야 하는데, 이에 소요되는 에너지가 과다하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로,

수열원 히트펌프에 유입되는 수자원을 축열조를 경유하는 축열조 경유관을 통해 미리 가온하여 줌으로써 열교환기를 통과하더라도 동결되지 아니할 정도의 온도로 유출되도록 함은 물론 상기 열교환기의 열에너지는 부동액 순환관을 흐르는 부동액을 통해 히트펌프에 제공되도록 하되, 상기 부동액 순환관을 흐르는 부동액을 전기히터로 가온할 수 있도록 하여, 열교환기의 동파를 효율적으로 방지할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 수열원 히트펌프의 열교환기 동파방지 제어시스템을 제공하고자 하는 데에 본 발명의 첫번째 목적이 있다.

아울러, 수열원 히트펌프의 수자원 유입측에 온도센서를 설치하고, 상기 온도센서는 제어부와 연결되도록 하며, 상기 제어부는 상기 축열조 경유관에 설치된 개폐밸브와, 전기히터에 연결되도록 하여, 상기 온도센서를 통해 감지되는 수자원의 유입온도가 일정 온도 이하로 감지되는 경우에는 제어부로 하여금 상기 축열조 경유관에 설치되는 개폐밸브가 자동으로 개방되도록 하고, 부동액이 흐르는 부동액 순환관의 일측에 설치된 전기히터가 자동으로 구동되도록 한 것을 특징으로 하는 수열원 히트펌프의 열교환기 동파방지 제어시스템을 제공하고자 하는 데에 본 발명의 두번째 목적이 있다.

이하에서는 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해결수단을 개시하고자 한다.

즉, 파이프형으로 형성되되, 양측에 각각 형성되는 유입측과 유출측은 원수가 흐르는 원수관(A)에 연결되고, 상기 유입측에는 원수 순환펌프(11)가 설치되어 원수를 순환케 하는 원수 경유관(10)과; 일정 형상의 함체형으로 형성되되, 일측에는 상기 원수 경유관(10)의 중앙측이 내설되고, 타측에는 히트펌프(40)와 연결되는 부동액 순환관(30)의 일측이 내설되어 원수의 열에너지를 히트펌프(40)에 전달하는 열교환기(20)와; 부동액이 담겨지는 파이프형으로 형성되되, 일측은 상기 열교환기(20)의 타측에 내설되고, 타측은 히트펌프(40)에 내설되며, 부동액을 순환케 하는 부동액 순환펌프(31)가 설치되는 부동액 순환관(30)과; 일정 형상의 함체형으로서 공기조화장치(41)가 내설되되, 증발부가 위치하는 일측에는 부동액 순환관(30)의 타측이 설치되고, 응축부가 위치하는 타측에는 축열조를 순환하는 축열조 순환관(70)의 일측이 설치되는 히트펌프(40)와; 일정 형상의 함체형으로 형성되되, 일측에는 축열조 순환관(70)의 유입측이 연결되고, 타측에는 유출측이 연결되며, 내부에는 상기 축열조 순환관(70)을 순환하여 흐르는 난방수가 담겨지는 축열조(50)와; 파이프형으로서 양측에 각각 형성되는 유입측과 유출측은 원수 흐름방향으로 원수 경유관(10)에 차례대로 연결되되, 상기 유입측에는 제1개폐밸브(61)가, 유출측에는 제2개폐밸브(62)가 형성되고, 상기 유입측과 유출측 사이의 원수 경유관(10) 상에는 제3개폐밸브(63)가 형성되는 축열조 경유관(60); 을 포함하여 이루어지는 수열원 히트펌프의 열교환기 동파방지 제어시스템을 특징으로 한다.

여기서, 상기 부동액 순환관(30)의 일측에는 전기히터(32)와, 상기 전기히터(32)에 전원을 공급하는 전원부(33)와, 상기 부동액을 보충해주는 부동액 보충탱크(34)가 더 설치됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 원수 경유관(10)의 유입측에는 온도센서(12)가 더 설치되고, 상기 온도센서(12)는 기준온도의 설정이 가능한 제어부(80)에 연결되며, 상기 제어부(80)는 축열조 경유관(60)의 개폐밸브(61)(62)(63)와 부동액 순환관(30)의 전기히터(32)에 연결됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 축열조(50)의 상부에는 수위계(51)와 함께 난방수 공급관(52)이 설치되어 수위계(51)를 통해 감지되는 축열조(50)의 난방수 수위에 따라 난방수 공급관(52)을 제어하여 난방수의 공급을 조절할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 축열조(50)에는 태양열 집열부(90)가 더 설치되어 축열조(50)에 태양 복사열에너지가 공급가능하도록 한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명은 이하와 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 수열원 히트펌프에 유입되는 수자원의 온도가 현저히 낮은 경우에는 상기 수자원은 축열조 경유관을 통해 축열조를 경유토록 하여 축열조의 열에너지로 가온되도록 하여 동절기에도 열교환기가 동파될 위험없이 안심하고 사용할 수 있을 뿐 아니라 상기 열교환기를 통해 수득한 열에너지를 부동액이 흐르는 부동액 순환관을 통해 히트펌프에 전달하도록 함으로써, 수자원의 온도가 현저하게 낮아지는 동절기에도 열교환기가 동파될 위험없이 안심하고 사용할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 동절기에 발생하는 열교환기의 동파 우려로 인하여 기온이 현저히 떨어지는 충청 이북지방에는 사용하기 어려웠던 수열원 히트펌프를 축열조 경유관과 부동액 순환관에 의해 충청 이북지방에도 안전하게 사용할 수 있게 되어 에너지 소비량이 높은 서울을 비롯한 경기도 지방 및 그 근방은 물론이고 혹한 지역에서도 용이하게 사용할 수 있게 됨에 따라 냉난방에 소비되는 에너지 비용을 현저하게 절감시킬 수 있는 경제적 효과가 있다.

셋째, 수열원 히트펌프의 수자원 유입측에 온도센서를 설치하고, 상기 온도센서는 제어부와 연결하며, 상기 제어부는 축열조 경유관의 밸브 혹은 부동액 순환관의 전기히터 등과 연결하여, 상기 온도센서를 통해 감지되는 수자원의 온도가 낮은 경우, 제어부를 통해 축열조 경유관을 개방하여 수자원을 미리 가온하거나, 부동액 순환관의 일측에 설치된 전기히터가 작동되도록 하되, 그러한 가온작업이 자동으로 이루어지도록 하고, 상기 수자원의 온도가 일정 이상으로 감지되거나 가온되는 경우에는 제어부를 통해 축열조 경유관이 차단되도록 하거나, 전기히터의 작동이 자동으로 정지되도록 함으로써 에너지 이용효율을 크게 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 열교환기 동파방지 제어시스템의 작동예시도(원수의 온도가 높은 경우)
도 2는 본 발명에 의한 열교환기 동파방지 제어시스템의 작동예시도(원수의 온도가 낮은 경우)
도 3은 본 발명에 의한 열교환기 동파방지 제어시스템의 또 다른 작동예시도(원수의 온도가 높은 경우)
도 4는 본 발명에 의한 열교환기 동파방지 제어시스템의 또 다른 작동예시도(원수의 온도가 낮은 경우)

상기와 같은 효과를 기대할 수 있는 본 발명의 구체적인 구성을 첨부도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명은, 파이프형으로 형성되되, 양측에 각각 형성되는 유입측과 유출측은 원수가 흐르는 원수관(A)에 연결되고, 상기 유입측에는 원수 순환펌프(11)가 설치되어 원수를 순환케 하는 원수 경유관(10)과;

일정 형상의 함체형으로 형성되되, 일측에는 상기 원수 경유관(10)의 중앙측이 내설되고, 타측에는 히트펌프(40)와 연결되는 부동액 순환관(30)의 일측이 내설되어 원수의 열에너지를 히트펌프(40)에 전달하는 열교환기(20)와;

일정 형상의 함체형으로서 공기조화장치(41)가 내설되되, 증발부가 위치하는 일측에는 부동액 순환관(30)의 타측이 설치되고, 응축부가 위치하는 타측에는 축열조 순환관(70)의 일측이 설치되는 히트펌프(40)와;

일정 형상의 함체형으로 형성되되, 일측에는 축열조 순환관(70)의 유입측이 연결되고, 타측에는 유출측이 연결되며, 내부에는 상기 축열조 순환관(70)을 순환하여 흐르는 난방수가 담겨지는 축열조(50); 를 포함하여 이루어져,

상기 축열조(50)의 열에너지를 난방이 필요한 수요처(100)에 공급하도록 하고, 열에너지를 수요처(100)에 공급한 후, 식어버리는 축열조(50)의 난방수는 축열조(50)로 재유입되어 히트펌프(40)의 열에너지에 의해 재가온되는 구조로 되어 있다.

이하에서는 상기와 같은 본 발명의 기본 구성을 바탕으로 본원 발명의 구성을 더욱 구체적으로 설명하고자 한다.

먼저, 원수를 원수관(A)으로부터 끌어오는 원수 경유관(10)은 파이프형으로서 둥글게 만곡되되, 그 유입측과 유출측은 원수관(A)에 연결되는 구조로 되어 있는 바, 상기 원수관(A)의 유입측과 유출측은 원수의 흐름 방향에 따라 원수관(A)에 차례대로 체결되어 원수가 원수 경유관(10)의 내부로 흐를 수 있도록 연결되는 구조로 되어 있다.

또한, 상기 원수 경유관(10)의 유입측에는 원수 순환펌프(11)가 설치되어 원수 순환펌프(11)의 양수력에 의해 원수관(A)을 흐르는 원수는 원수 경유관(10)으로 유입되어 통과한 다음, 유출측으로 배출되는 구조로 되어 있다.

상기 원수 경유관(10)의 만곡되는 중앙측은 열교환기(20)의 일측에 내설되는 구조로 되어 있으며, 상기 열교환기(20)의 타측에는 히트펌프(40)에 원수의 열에너지를 전달하는 부동액 순환관(30)의 일측이 내설된 구조로 되어 있다.

상기 부동액 순환관(30) 또한 파이프형으로 형성되되, 일측단과 타측단은 연결되는 구조로 되어 있고, 그 내부에는 부동액이 담겨져 있으며, 상기 부동액 순환관(30) 상에는 부동액 순환펌프(31)가 설치되어 있고, 상기 부동액 순환관(30)의 타측은 히트펌프(40)에 내설되는 구조로 되어 있어서, 상기 부동액 순환펌프(31)를 구동시키면 상기 부동액 순환관(30)의 내부에 담겨있는 부동액은 순환하게 되고, 순환하는 부동액은 열교환기(20)를 통과하면서 원수로부터 열에너지를 수득한 후, 상기 히트펌프(40)로 열에너지를 제공하는 순환이 이루어지게 된다.

한편, 상기 부동액 순환관(30)에는 부동액 보충탱크(34)를 연결설치하여, 부동액 순환관(30)의 파손이나 크랙 등으로 인하여 부동액의 손실이 발생하는 경우에는 상기 부동액 보충탱크(34)를 통하여 부동액을 보충할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 부동액은 어는점이 물보다 낮게 형성되도록 함으로써, 물의 어는 점인 섭씨 0도를 포함하여 그 이하의 일정 온도까지는 동결되지 아니하도록 한 것으로, 그 구성은 물에 일정 농도를 제공하는 용질을 첨가하는 제법을 통해 제조가능하며, 그 용질에 있어서는 특정물에 한정하지 아니하고, 위와 같은 온도에서의 부동기능을 제공할 수 있고, 원수로부터 수득되는 열에너지를 히트에 전달할 수 있는 것이라면 어떠한 것이든 가능하다.

아울러, 상기 열교환기(20)는 일정 형상의 함체형으로 형성되되, 일측에는 원수가 흐르는 원수 경유관(10)의 만곡된 중앙측이, 타측에는 부동액이 흐르는 부동액 순환관(30)의 일측이 내설되는 구조로 되어 있는 바, 그 외의 내부 구성은 일반적으로 널리 알려지는 구성을 기반으로 이루어지는 것이어서 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 부동액 순환관(30)을 통해 원수의 열에너지를 공급받는 히트펌프(40)는 상기 부동액 순환관을 순환하는 부동액을 통해 제공받은 열에너지를 더욱 증대시키게 되는데, 이는 상기 히트펌프(40)의 내부에 설치되는 공기조화장치(41)에 의해 이루어지는 것으로, 이를 보다 구체적으로 설명하면, 상기 부동액 순환관(30)의 타측은 상기 공기조화장치(41)의 증발부에 근접설치되도록 하고, 상기 축열조 순환관(70)의 일측은 상기 공기조화장치(41)의 응축부에 근접설치되도록 하는 구조로 되어 있다.

이에 따라, 열교환기(20)를 통해 원수로부터 열에너지를 수득한 부동액은 부동액 순환관(30)을 순환하면서 상기 공기조화장치(41)의 증발부에 열에너지를 제공하게 되고, 상기 원수의 열에너지를 수득받은 공기조화장치(41)의 냉매는 응축부를 거치면서 고온의 열에너지를 발생시키게 되며, 상기 고온의 열에너지는 응축부에 근접설치된 축열조 순환관(70)에 전달되는 구조로 되어 있다.

이에 따라, 상기 원수로부터 수득되는 열에너지는 히트펌프와 축열조 순환관(70)을 통해 축열조(50)에 담긴 난방수를 가열시키게 되고, 상기 히트펌프(40)에 의해 가열되는 축열조(50)의 난방수는 난방이 필요한 수요처에 배관(110)을 통해 열에너지를 각각 공급하게 되며, 이는 각 배관(110)에 설치된 순환펌프(111)를 통해 이루어진다.

이어서, 상기 각 수요처(100)에 열에너지를 전달한 난방수는 열에너지의 전달로 인해 온도가 식은 상태로 다시 축열조(50)로 재유입되며, 이 때, 상기 난방수는 가급적 축열조(50)의 하부에 유입되도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 축열조(50)로 재유입된 난방수는 축열조 순환관(70)을 통해 히트펌프(40)를 다시 경유하게 됨으로써 고온의 열에너지가 다시 내포되어 축열조(50)에 담겨지게 되고, 상기와 같이 축열조(50)에 담겨지는 고온의 난방수는 배관(110)으로 연결된 각 수요처(100)로 재공급되는 순환이 이루어지게 되는 것이다.

이 때, 상기 축열조(50)는 회수조(50a)와 공급조(50b)로 분할하되, 상기 회수조(50a)에는 난방수가 히트펌프(40)에 유입되는 축열조 순환관(70)의 유입측과 연결되도록 하고, 상기 공급조(50b)에는 난방수가 히트펌프(40)를 경유하여 축열조(50)로 다시 유입되는 유출측과 연결되도록 하여, 회수조(50a)에는 가급적 열에너지가 낮은 난방수가 모이도록 하고, 공급조(50b)에는 가급적 열에너지가 높은 난방수가 모이도록 하여 축열조(50)의 난방수 열에너지를 효율적으로 보존하면서 사용할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 공급조(50b)에는 각 수요처(100)와 배관(110)으로 연결되되, 난방수를 수요처(100)에 공급하는 배관(110)의 유입측과 연결되어 고온의 난방수가 상기 배관(110)을 통해 각 수요처(100)로 공급되도록 하고, 각 수요처(100)를 통과함으로 인해 열에너지가 현저하게 감소된 난방수가 유출되는 배관(110)의 유출측은 회수조(50a)로 연결되도록 하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 축열조(50)의 일측에는 난방수 공급관(52)이 설치되어 증발 등으로 인해 난방수가 부족하게 될 경우에는 상기 난방수 공급관(52)을 통해 축열조(50)에 난방수를 보충할 수 있도록 한다.

한편으로, 상기 축열조(50)에 난방수를 공급하는 것과 관련하여, 상기 축열조(50)의 일측에 수위계(51)를 설치하고, 상기 수위계(51)는 난방수 공급관(52)과 연동되도록 설치하여 축열조(50)에서 감지되는 난방수의 수위에 따라 난방수 공급관(52)이 개폐되도록 하여, 난방수가 자동으로 공급되도록 하는 것도 가능하다.

또한, 상기 축열조(50)를 회수조(50a)와 공급조(50b)로 분할하는 분할판(53)의 일부에는 수통공(53a)을 형성하여, 공급조(50b)의 난방수와 회수조(50a)의 난방수가 양적 균형을 이루도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 수열원 히트펌프 시스템의 원수 경유관(10)에 설치된 원수 순환펌프(11)를 통해 원수관(A)에서 원수 경유관(10)으로 유입되는 원수는 열교환기(20)를 통해 부동액에 열에너지를 전달하게 되고, 열에너지를 전달받은 부동액은 부동액 순환펌프(31)에 의해 순환하면서 열에너지를 히트펌프(40)에 내설된 공기조화장치(41)의 증발부에 열에너지를 전달하게 된다.

상기와 같이 열에너지를 전달받은 공기조화장치(41)의 냉매는 순환을 하면서 응축부에서 더욱 높은 열에너지를 형성하게 되고, 상기 응축부에 근접설치되어 있는 축열조 순환관(70)을 흐르는 난방수는 상기 응축부에서 발산되는 열에너지로 인하여 가온되어 축열조(50)로 유입되며, 상기와 같이 축열조(50)로 유입된 난방수는 축열조(50)의 일측에 연결된 배관(110)을 통해 각 수요처(100)로 공급되고, 상기 배관(110)을 통해 각 수요처(100)에 열에너지를 전달한 후, 식은 난방수는 다시 축열조(50)로 재유입되어 히트펌프(40)를 거치도록 하게 되며, 이러한 순환을 통해 각 수요처(100)를 지속적으로 난방시킬 수 있게 되는 것이다.

한편으로, 상기 원수 경유관(10)을 통해 유입되는 원수의 온도가 매우 낮아지는 동절기에는 상기 원수는 열교환기(20)를 통과하면서 동결되는 경우가 많고, 그로 말미암아 원수 경유관(10)은 동파되는 경우도 많은데,

이를 방지하기 위해 상기 원수 경유관(10)의 유입측에 축열조 경유관(60)을 설치하여 원수를 축열조(50)에 경유케 하여 미리 가온되도록 함으로써 열교환기(20)를 통과하는 원수의 유출온도가 동결되지 않도록 형성하여 원수 경유관(10)의 동파를 방지할 수 있게 되는 것이다.

여기서, 상기 원수 경유관(10)의 유입측에 형성되는 축열조 경유관(60)은 파이프형으로 형성되되, 유입측과 유출측은 상기 원수 경유관(10) 상에 원수의 흐름방향에 따라 각각 체결되며, 상기 유입측에는 제1개폐밸브(61)가 설치되고, 유출측에는 제2개폐밸브(62)가 설치되며, 상기 유입측과 유출측 사이의 원수 경유관(10) 상에는 제3개폐밸브(63)가 설치된 구조로 되어 있다.

이에 따라 상기 원수의 온도가 높은 경우에는 제3개폐밸브(63)는 개방하되, 제1 및 제2개폐밸브(61)(62)는 폐쇄하여 상기 원수를 축열조 경유관(60)을 거치지 아니하고 그대로 원수 경유관(10)을 흐르도록 하는 것이 바람직하고, 상기 원수의 온도가 낮은 경우에는 제1 및 제2개폐밸브(61)(62)는 개방하고, 상기 제3개폐밸브(63)는 폐쇄하여 상기 원수를 축열조 경유관(60)을 통과하도록 함으로써 축열조(50)의 열에너지에 의해 가온된 상태에서 열교환기(20)를 통과하도록 하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 원수의 열에너지만으로 충분한 열에너지가 수득되지 아니할 때에는 상기 부동액 순환관(30)에 전기히터(32)와 상기 전기히터(32)에 전원을 제공하는 전원부(33)를 설치하여 히트펌프(40)에 열에너지를 제공하는 부동액을 상기 전기히터(32)로 가온하여 줌으로써 히트펌프(40)의 응축부에서 발산되는 열에너지를 더욱 증대시킬 수 있도록 하는 것도 가능하며, 상기 전기히터(32)의 발열온도의 조절을 통해 히트펌프(40)의 응축부에서 발산되는 열에너지를 조절할 수 있도록 하는 것도 가능하다.

또 한편, 원수의 온도가 극히 낮아지거나 원수로부터 열에너지를 수득하기가 어려운 동절기에 상기와 같이 원수 경유관(10)에 설치되는 축열조 경유관(60)과 부동액 순환관(30)에 설치되는 전기히터(32)를 통해 열에너지를 일정하게 공급하면서 동파가 되는 것을 방지할 수 있도록 하는 구성이 자동으로 이루어지도록 하는 것도 가능하다.

즉, 상기 원수가 유입되는 원수 경유관(10)의 유입측에 온도센서(12)를 설치하되, 상기 온도센서(12)는 기준온도의 설정이 가능한 제어부(80)와 연결되고, 상기 제어부(80)는 축열조 경유관(60)의 각 개폐밸브(61)(62)(63)와 연결하거나 전기히터(32)와 연결되도록 함으로써, 상기 온도센서(12)를 통해 감지되는 원수의 온도가 설정된 기준온도의 이하로 감지되는 경우에는 상기 축열조 경유관(60)의 개폐밸브(61)(62)(63)를 제어하여 원수 경유관(10)으로 유입되는 원수로 하여금 중앙측이 축열조(50)에 내설된 축열조 경유관(60)을 통과하도록 자동제어한다.

또한, 기온이 낮아지는 동절기와 같이 원수로부터 수득되는 열에너지가 미미하여 히트펌프(40)에 충분한 열에너지를 공급하기 어려운 경우에 부동액 순환관(70)에 설치되는 전기히터(32)가 작동되도록 함으로써 부동액을 통해 히트펌프(40)에 전달되는 열에너지를 더욱 증대시킬 수 있게 되는 것이다.

이 때, 상기 전기히터(32) 또한 제어부(80)와 연결되어 원수의 유입온도를 감지하는 온도센서(12)에 의해 좌우되도록 함으로써 축열조(50)의 열에너지를 효율적으로 운용할 수 있게 되는 것이다.

또한, 상기 축열조(50)에는 태양열 집열부(90)를 더 설치하여 상기 태양열 집열부(90)를 통해 집열한 태양 복사열에너지를 축열조(50)에 공급할 수 있도록 하는 것도 가능하며, 상기 태양열 집열부(90)는 일반적으로 널리 알려진 구성을 채용하여 상기 축열조(50)의 일측에 설치하는 것이어서, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

아울러, 본 발명에서는 상수도 등을 흐르는 원수의 열에너지를 이용하는 것에 한정하여 설명하였으나, 원수 외에도 하천수, 호소수 등과 같은 저온 지표수에 해당되는 것이라면 어떠한 것이든 이용가능하다.

본 발명은 상기와 같은 구체적인 예에 한정하여 설명하였으나, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 아니하는 범위 내에서는 얼마든지 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.

A : 원수관 10 : 원수 경유관
11 : 원수 순환펌프 12 : 온도센서
20 : 열교환기 30 : 부동액 순환관
31 : 부동액 순환펌프 32 : 전기히터
33 : 전원부 34 : 부동액 보충탱크
40 : 히트펌프 41 : 공기조화장치
50 : 축열조 50a : 회수조
50b : 공급조 51 : 수위계
52 : 난방수 공급관 53 : 분할판
53a : 수통공 60 : 축열조 경유관
61 : 제1개폐밸브 62 : 제2개폐밸브
63 : 제3개폐밸브 70 : 축열조 순환관
80 : 제어부90 : 태양열 집열부
100 : 수요처110 : 배관
111 : 순환펌프

Claims

파이프형으로 형성되되, 양측에 각각 형성되는 유입측과 유출측은 원수가 흐르는 원수관(A)에 연결되고, 상기 유입측에는 원수 순환펌프(11)가 설치되어 원수를 순환케 하는 원수 경유관(10)과; 일정 형상의 함체형으로 형성되되, 일측에는 상기 원수 경유관(10)의 중앙측이 내설되고, 타측에는 히트펌프(40)와 연결되는 부동액 순환관(30)의 일측이 내설되어 원수의 열에너지를 히트펌프(40)에 전달하는 열교환기(20)와; 부동액이 담겨지는 파이프형으로 형성되되, 일측은 상기 열교환기(20)의 타측에 내설되고, 타측은 히트펌프(40)에 내설되며, 부동액을 순환케 하는 부동액 순환펌프(31)가 설치되는 부동액 순환관(30)과; 일정 형상의 함체형으로서 공기조화장치(41)가 내설되되, 증발부가 위치하는 일측에는 부동액 순환관(30)의 타측이 설치되고, 응축부가 위치하는 타측에는 축열조를 순환하는 축열조 순환관(70)의 일측이 설치되는 히트펌프(40)와; 일정 형상의 함체형으로 형성되되, 일측에는 축열조 순환관(70)의 유입측이 연결되고, 타측에는 유출측이 연결되며, 내부에는 상기 축열조 순환관(70)을 순환하여 흐르는 난방수가 담겨지는 축열조(50)와; 파이프형으로서 양측에 각각 형성되는 유입측과 유출측은 원수 흐름방향으로 원수 경유관(10)에 차례대로 연결되되, 상기 유입측에는 제1개폐밸브(61)가, 유출측에는 제2개폐밸브(62)가 형성되고, 상기 유입측과 유출측 사이의 원수 경유관(10) 상에는 제3개폐밸브(63)가 형성되는 축열조 경유관(60); 을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 수열원 히트펌프의 열교환기 동파방지 제어시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 부동액 순환관(30)의 일측에는 전기히터(32)와, 상기 전기히터(32)에 전원을 공급하는 전원부(33)와, 상기 부동액을 보충해주는 부동액 보충탱크(34)가 더 설치됨을 특징으로 하는 수열원 히트펌프의 열교환기 동파방지 제어시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 원수 경유관(10)의 유입측에는 온도센서(12)가 더 설치되고, 상기 온도센서(12)는 기준온도의 설정이 가능한 제어부(80)에 연결되며, 상기 제어부(80)는 축열조 경유관(60)의 개폐밸브(61)(62)(63)와 부동액 순환관(30)의 전기히터(32)에 연결됨을 특징으로 하는 수열원 히트펌프의 열교환기 동파방지 제어시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 축열조(50)의 상부에는 수위계(51)와 함께 난방수 공급관(52)이 설치되어 수위계(51)를 통해 감지되는 축열조(50)의 난방수 수위에 따라 난방수 공급관(52)을 제어하여 난방수의 공급을 조절할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 수열원 히트펌프의 열교환기 동파방지 제어시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 축열조(50)에는 태양열 집열부(90)가 더 설치되어 축열조(50)에 태양 복사열에너지가 공급가능하도록 한 것을 특징으로 하는 수열원 히트펌프의 열교환기 동파방지 제어시스템.