KR101217877B1 - 지하열원을 이용한 냉,난방장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 지하열원을 이용한 냉, 난방장치는 축열탱크와 관들에 의해 연결되는 제 1축열조와, 상기 축열탱크와 제 1축열조의 내부를 순환하는 제1열교환매체와, 상기 축열탱크와 연결되어 축열탱크내의 제 1열교환매체를 순환시켜 시설하우스 내부를 난방하기 위한 난방부와, 제 2축열조와 양단부가 연결되며 지하로 연장되어 지하공기 또는 지하수와 제 2축열조 내의 제 2열교환매체의 사이에 열교환이 이루어지도록 하는 복수개의 순환관들을 구비하는 보조 열원 공급유닛과, 지하에 삽입 설치되어 지하로부터 지하공기를 흡입하여 배출하기 위한 흡입관과 상기 흡입관의 출구측에 설치되는 송풍기를 구비하며, 상기 제 1축열조에 설치되는 제 1열교환기와, 상기 제 2축열조에 설치되는 제 2열교환기와, 상기 제1, 2 열교환기를 연결하여 폐회로를 구성하는 제1, 2 순환관과, 상기 제1 순환관에 설치되에 냉매의 흐름을 제어하는 팽창밸브와 상기 제 2순환관로에 설치되는 압축기 및 사방밸브와, 상기 팽창밸브와 제 2열교환기 사이의 제1순환관에 설치되면 상기 흡입관의 출구측에 설치된 송풍기에 의해 송풍된 지하공기에 노출되도록 설치되는 제 3열교환기를 구비한다.

Description

지하열원을 이용한 냉,난방장치{heating and cooling system and using a subsurface heat source}
본 발명은 지하열원을 이용한 냉, 난방장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 지하공기와 히터펌프유닛을 이용하여 시설하우스, 축사, 건축물의 실내를 냉, 난방 할 수 있는 지하열원을 이용한 냉, 난방장치에 관한 것이다.
일반적으로 비닐하우스나 온실과 같은 농업용 생산시설에서는 낮에 태양으로부터 방사되는 에너지를 작물이 광합성에 직접 이용하게 되며, 땅속이나 기타 축열이 가능한 물질에 축적하여 난방에 이용하게 된다.
한편, 상기와 같이 축열된 열과 지중열을 이용하기 위해서는 상대적으로 열의 회수가 용이한 지하수를 이용하게 된다. 그러나 지하수를 열교환 매체로 이용하는 경우 농작물을 재배를 위한 시설하우스 또는 건축물의 난방에 따른 열량이 상대적으로 부족하다.
한편, 대한민국 공개특허공보 제2000-63299호에는 대지 내에 포함된 지열과 지하수 또는 개방된 수역에 존재하는 일정한 온도의 지열을 순환시키는 지열교환기와, 상기 지열교환기에 의해 지상으로 끌어올려진 지열을 순환시키는 냉방 및 난방 사이클과, 상기 난방 사이클과 연설되어 실내의 온수를 가열하는 장치가 개시되어 있다.
그리고 대한민국 등록특허공보 제10-0628466호에는 지하 공기층을 이용한 냉난방장치가 개시되어 있다. 냉난방장치는 화산회토 지형을 천공, 매설하여 지하공간까지 연장 형성하여 다공상의 암석층으로부터 지하공기를 흡입하기 위한 흡입관과, 이 흡입관을 통해 지하공기를 흡입 송풍할 수 있도록 내측에 송풍기가 내재 된 송풍관과, 이 송풍관에 내재된 송풍기로부터 송풍된 지하공기를 시설물 내로 유도하기 위한 유도관과, 상기 송풍관 내에 히터를 내장한 기술구성이 개시되어 있다.
그러나 이러한 난방장치는 보조 열원으로 히터를 이용하고 있으므로 상대적으로 유지에 따른 많은 비용이 소요되는 문제점이 있으며, 시설하우스와 같이 대용량의 냉난방장치에 적용하기 어렵다.
이러한 점을 감안하여 등록특허 제 800328호에는 보조 열원으로 지하공기를 이용하는 히트펌프가 개시되어 있다. 그러나 이러한 지하공기를 이용하는 경우 보조열원으로 사용하고, 응축기를 통과한 공기를 이용하게 되므로 상대적으로 공기를 높은 온도로 가열할 수 없는 문제점이 있다.
그리고 특허등록 제 0930298호에는 지열과 히트 펌프 사이클을 이용한 냉난방장치가 게시되어 있으며, 특허등록 제 0848717호에는 지중공기와 지열을 이용한 냉난방 시스템이 개시되어 있다. 게시된 냉, 난방시스템은 다수의 유입공을 통해 상기 지중의 공기를 지상으로 흡입하는 공기흡입관과; 상기 지중의 시추공에 설치되며 내부에 유체가 순환하여 이 유체가 상기 지열과 열교환 하도록 유도하는 열회수관과; 상기 열회수관의 출구측과 열교환 가능하게 연결되어 상기 열회수관 내부를 흐르는 유체와 열교환하는 히트펌프와; 상기 히트펌프의 출구측과 상기 열회수관의 입구측과 연결되어 상기 히트펌프의 출구측에서 배출되는 유체를 상기 열회수관에 복귀되도록 하면서 상기 공기흡입관과 유체 연통 가능하게 연결되어 상기 공기흡입관을 통해 유입된 지중 공기와 상기 열회수관에 복귀되는 유체의 열교환을 유도하는 열교환부를 포함한다.
그러나 이러한 냉, 난방장치는 지하공기를 이용하여 지하로 순환되는 물을 가열하고 있으나, 지속적은 냉, 난방장치의 구동 시 물의 온도가 급격히 떨어져 난방효율을 극대화 시킬 수 없는 문제점이 있으며, 냉, 난방장치의 지속적인 구동이 어려운 문제점이 있다.
본 발명인은 상술한 바와 같은 문제점을 감안하여 지하공기와 히트 펌프를 이용한 냉, 난방장치에 대해 지속적인 연구를 진행하여 후속 출원하기에 이르렀다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 지하공기를 이용하여 냉난방효율을 극대화 시킬 수 있으며, 지하열원을 이용하기 위하여 순환하는 열교환매체가 급격하게 냉각되어 난방효율이 저하되는 것을 방지 할 수 있는 지하열원을 이용한 냉, 난방장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 지하로 유입되는 열교한관들의 단열효과를 높여 열손실을 줄일 수 있으며, 시공에 따른 작업공수를 줄일 수 있는 지하열원을 이용한 냉, 난방장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 지하열원을 이용한 냉, 난방장치는
축열탱크와 연결관에 의해 연결되어 제 1열교환매체가 순환하는 제 1축열조와, 상기 축열탱크와 연결되어 축열탱크내의 제 1열교환매체를 순환시켜 시설하우스 내부를 난방하기 위한 난방부와,
제 2축열조와 양단부가 연결되며 지하로 연장되어 지하공기 또는 지하수와 제 2축열조 내의 제 2열교환매체의 사이에 열교환이 이루어지도록 하는 복수개의 순환관들을 구비하는 보조 열원 공급유닛과,
지하에 삽입 설치되어 지하로부터 지하공기를 흡입하여 배출하기 위한 흡입관과 상기 흡입관의 출구측에 설치되는 송풍기를 구비하며,
상기 제 1축열조에 설치되는 제 1열교환기와, 상기 제 2축열조에 설치되는 제 2열교환기와, 상기 제1, 2 열교환기를 연결하여 폐회로를 구성하는 제1, 2 순환관과, 상기 제1 순환관에 설치되에 냉매의 흐름을 제어하는 팽창밸브와 상기 제 2순환관로에 설치되는 압축기 및 사방밸브와, 상기 팽창밸브와 제 2열교환기 사이의 제1순환관에 설치되면 상기 흡입관의 출구측에 설치된 송풍기에 의해 송풍된 지하공기에 노출되도록 설치되는 제 3열교환기를 구비하여 된 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1열교환기와 팽창밸브 사이 및 제 3열교환기와 제 2열교환기 사이의 제 1순환관을 상호 연결하는 바이패스관을 구비하며 이 바이패스관에 보조 팽창밸브가 설치된다.
대안으로 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 지하공기를 이용한 냉난방장치는 축열탱크와 연결관에 의해 연결되어 제 1열교환매체가 순환하는 제 1축열조와, 상기 축열탱크와 연결되어 축열탱크내의 제 1열교환매체를 순환시켜 시설하우스 내부를 난방하기 위한 난방부와,
제 2축열조와 양단부가 연결되며 지하로 연장되어 지하공기 또는 지하수와 제 2축열조 내의 제 2열교환매체의 사이에 열교환이 이루어지도록 하는 복수개의 순환관들을 구비하는 보조 열원 공급유닛과,
지하에 삽입 설치되어 지하로부터 지하공기를 흡입하여 배출하기 위한 흡입관과 상기 흡입관의 출구측에 설치되는 송풍기를 구비하며,
상기 제 1축열조에 설치되는 제 1열교환기와, 상기 제 2축열조에 설치되는 제 2열교환기와, 상기 제1, 2 열교환기를 연결하여 폐회로를 구성하는 제1, 2 순환관과, 상기 제1 순환관에 설치되에 냉매의 흐름을 제어하는 팽창밸브와 상기 제 2순환관로에 설치되는 압축기 및 사방밸브와, 상기 제 1열교환기와 팽창 밸브 사이의 제 1순환관과 상기 제 2열교환기와 압축기 사이의 제 2순환관을 연결하는 제 제 3순환관과, 상기 제 3순환관에 설치되며 상기 흡입관의 출구측에 설치된 송풍기에 의해 송풍된 지하공기에 노출되도록 설치되는 제 3열교환기를 상기 제 2열교환기의 입구측의 제 3순환관에 설치되는 분기 팽창밸브를 구비한다.
대안으로 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 지하공기를 이용한 냉난방장치는 축열탱크와 관들에 의해 연결되어 제 1열교환매체가 순환하는 제 1축열조와, 상기 축열탱크와 연결되어 축열탱크내의 제 1열교환매체를 순환시켜 시설하우스 내부를 난방하기 위한 난방부와,
제 2축열조와 양단부가 연결되며 지하로 연장되어 지하공기 또는 지하수와 제 2축열조 내의 제 2열교환매체의 사이에 열교환이 이루어지도록 하는 복수개의 순환관들을 구비하는 보조 열원 공급유닛과,
지하에 삽입 설치되어 지하로부터 지하공기를 흡입하여 배출하기 위한 흡입관과 상기 흡입관의 출구측에 설치되는 송풍기를 구비하며,
상기 제 1축열조에 설치되는 제 1열교환기와, 상기 제 2축열조에 설치되는 제 2열교환기와, 상기 제1, 2 열교환기를 연결하여 폐회로를 구성하는 제1, 2 순환관과, 상기 제1 순환관에 설치되에 냉매의 흐름을 제어하는 팽창밸브와 상기 제 2순환관로에 설치되는 압축기 및 사방밸브와, 상기 팽창 밸브와 제 2열교환기 사이의 제 1순환관과 상기 제 2열교환기와 압축기 사이의 제 2순환관을 연결하는 제 제 4순환관과, 상기 제 4순환관에 설치되며 상기 흡입관의 출구측에 설치된 송풍기에 의해 송풍된 지하공기에 노출되도록 설치되는 제 3열교환기를 구비한 것을 그 특징으로 한다.
상기 보조열원 공급유닛의 순환관들의 일측가 타측은 각각 제 1, 2메니폴드에 연결되고, 상기 제 1,2매니폴드는 각각 제 1,2연결관에 의해 제 2축열조와 연결되며, 상기 제 1,2연결관들중 일측에 제 2축열조내의 제 2열교환 매체를 순환시키기 위한 순환펌프가 설치된다.
본 발명에 따른 지하열원을 이용한 냉, 난방장치는 지하수 또는 지하공기를 보조열원으로 이용하고 상기 지하공기로부터 배출되는 공기로부터 열을 회수하여 난방에 이용할 수 있으므로 지하로 순환되는 물이 과냉되어 난방효율이 저하되는 것을 근본적으로 방지할 수 있다.
본 발명은 지하공기로부터 열을 회수하는 열교환기와 지하로 순환되는 열교환매체로부터 열을 회수하는 열교환기로 냉매를 분산하여 공급함으로써 열회수를 위한 냉방부하를 분산시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 지하열원을 이용한 냉,난방장치를 나타내 보인 도면,
도 2는 도 1에 도시된 흡입관이 설치된 상태를 나타내 보인 사시도,
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 지하열원을 이용한 냉, 난방장치의 다른 실시예들을 나타내 보인 사시도,
본 발명에 따른 본 지하열원을 이용한 냉, 난방장치는 시설하우스 또는 건축물의 내부를 냉난방 할 수 있는 것으로, 그 일 실시예를 도 1에 나타내 보였다.
도면을 참조하면, 지하열원을 이용한 냉, 난방장치(10)는 제 1열교환매체(200)가 저장되는 제 1축열조(11)와, 상기 제 1축열조(11)와 관에 의해 연결되는 축열탱크(350) 내의 제1열교환 매체(200)를 순환시켜 난방하기 위한 난방부(300)를 구비한다. 상기 제 1축열조(11)와 축열탱크(350)은 제 1열교환매체가 순환될 수 있도록 관 즉, 공급관(351)과 리턴관(352)에 의해 축열탱크(350)과 연결되고, 상기 공급관(351) 또는 리턴관(352)에는 순환펌프(353)이 설치된다.
상기 난방부(300)는 후술하는 히트 펌프와 지하열원을 이용하여 가열 또는 냉각 된 제 1열교환 매체(200)를 시설하우스(310) 내부에 설치되는 팬코일 유니트(320)를 이용하여 열을 방출할 수 있도록 축열탱크(350)와 난방관(330)에 의해 팬코일유니트(320)과 연결되어 축열탱크(350)내의 물이 팬코일 유니트를 통하여 순환된다. 축열탱크(350)에 저장된 제 1열교환매체를 이용한 열의 방출은 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고, 시설하우스에 설치되는 별도의 방열기(라디에이터)를 이용하여 난방 할 수 있다.
상기 제 1축열조(11)와 인접되게 설치되는 제 2축열조(12)와 양단부가 연결되고 지하로 연장되어 지하공기 또는 지하수와 제 2축열조 내의 제 2열교환매체(210) 사이에 열교환이 이루어지도록 하는 복수개의 열교환관(21)들을 구비한 보조 열원 공급유닛(20)을 구비한다. 그리고 상기 제 1,2축열조(11)(12)에 저장 및 순환되는 제 1,2열교환 매체(200)(210)들 사이에 압축기의 일량을 포함시켜 열교환 시키는 히트 펌프 유닛(40)을 구비한다.
상기 보조 열원 공급유닛(20)은 지하에 천공되어 지하로부터 지하공기를 흡입하기 위한 흡입관(30)과, 흡입관(200)의 주위에 설치되는 제1,2메니폴드(22)(23)와, 상기 제 1,2매니폴드(22)(23)를 각각 제 2축열조(31)와 연결하는 제 1,2연결관(24)(25)과, 상기 제 1,2메니폴드(22)(23)에 각각 양단부가 연결되어 흡입관(30)의 주위를 따라 지하로 연장되어 지하수 또는 지하공기와 열을 교환하는 열교환관(21)들과, 상기 제 1,2연결관(24)(25)의 일측에 설치되어 제 2축열조내의 제 2열교환 매체를 순환시키는 순환펌프(26)를 구비한다. 여기에서 상기 흡입관(30)을 통하여 취수된 공기는 시설하우스의 내부로 공급되거나 상기 제 2열교환매체를 가열할 수 있다. 여기에서 상기 열교환관은 흡입관(30)에 나선형으로 감진 상태에서 제 1,2연결관(24)(25)과 직접 연결될 수 있다.
그리고 상기 흡입관(30)의 상부 측에는 흡입관(30)의 출구측 주위를 감싸는 케이스(31)가 설치되고, 이 케이스의 일측(31)에는 출구부(32)가 형성된다. 그리고 이 출구부(32)에는 흡입관(30)을 통하여 지하공기를 흡입하여 배출하기 위한 송풍기(33)가 설치된다. 상기 배출구(32)는 후술하는 제 3 열교환기(51)로 흡입관을 통하여 배출되는 공기가 가이드 될 수 있도록 쉬라우드(35)가 마련될 수 있다. 상기 케이스(31)의 내주면에는 외기와의 단열을 위한 단열재가 더 구비될 수 있다.
상기 히트 펌프유닛(40)은 제 1축열조(11)와 축열탱크(350) 및 상기 시설하우스 내부의 팬코일 유니트(320)들을 순환하는 제 1열교환매체(200)와, 제2축열조(12)와 보조열원 공급유닛(20)을 순환하는 제 2열교환매체(210)를 상호 열교환 시키는 것으로 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
상기 히트 펌프유닛(40)은 상기 제 1축열조(11)에 설치되는 제 1열교환기(41)와, 상기 제 2축열조(12)에 설치되는 제 2열교환기(42)와, 상기 제1, 2 열교환기를 연결하여 폐회로를 구성하는 제1, 2 순환관((43)(44)과, 상기 제1 순환관(43)에 설치되어 냉매의 흐름을 제어하는 팽창밸브(45)와 상기 제 2순환관로에 설치되는 압축기(46) 및 사방밸브(47)를 구비한다. 그리고 상기 팽창밸브(45)와 제 2열교환기(42) 사이의 제1순환관(43)에는 상기 흡입관(30)의 출구측에 설치된 송풍기(33)에 의해 송풍된 지하공기에 노출되도록 설치되는 제 3열교환기(51)가 설치된다. 상기 제 3열교환기(51)는 케이스(31)의 배출구와 연결된 상기 쉬라우드에 의해 감싸여진다.
여기에서 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제1열교환기(41)와 팽창밸브(45)사이의 제 1단위 순환관(43a)과 및 제 3열교환기(51)와 제 2열교환기(42) 사이의 제 2단위 순환관(43b)에는 이들을 연결하는 바이패스관(60)이 설치된다. 이 바이패스관(60)에는 보조 팽창밸브(61)가 설치된다. 상기 보조 팽창 밸브(61)는 모세관으로 이루어질 수 있다. 상기 제 1,2단위 순환관(43a)(43b)은 제 1순환관(43)을 이룬다.
도 4에는 본 발명에 다른 지하열원을 이용한 냉, 난방장치의 구성 요소중의 하나인 히트 펌프 유닛의 다른 실시예를 나타내 보였다. 여기에서 상기 실시예와 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 가리킨다.
도면을 참조하면, 히트 펌프 유닛(40)은 상기 제 1축열조(11)에 설치되는 제 1열교환기(41)와, 상기 제 2축열조(12)에 설치되는 제 2열교환기(42)와, 상기 제1, 2 열교환기(41)(42)를 연결하여 폐회로를 구성하는 제1, 2순환관(43)(44)과, 상기 제1 순환관(43)에 설치되어 냉매의 흐름을 제어하는 팽창밸브(45)와, 상기 제 2순환관로(44)에 설치되는 압축기(46) 및 사방밸브(47)를 구비한다. 그리고 상기 제 1열교환기(41)와 팽창 밸브(45) 사이의 제 1순환관과 상기 제 2열교환기(42)와 압축기(46) 사이의 제 2순환관(44) 연결하는 제 3순환관(70)이 설치된다. 그리고 상기 제 3순환관(70)에는 상기 흡입관(30)의 출구측(31)에 설치된 송풍기(33)에 의해 송풍된 지하공기에 노출되도록 제 3열교환기(51)가 설치되어 폐회로를 구성한다. 그리고 상기 제 3열교환기(51)와 상기 제 1열교환기(41) 사이의 제 3순환관에는 분기 팽창밸브(71)가 설치된다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이 제 3순환관(70)을 팽창밸브(45)와 제 2열교환기(42) 사이의 제 1순환관(43)으로부터 분기하는 경우 별도의 분기 팽창밸브(71)를 설치할 필요는 없다. 이 경우 상기 팽창밸브(45)를 통과하는 냉매가 2열교환기(42)와 제 3열교환기(51)로 분기되어 공급된다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 지하열원을 이용한 냉 난방장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저 동절기에 시설하우스의 내부를 난방하기 위해서는 히트펌프유닛(40)의 사방밸브(47)의 조작으로 상기 제 1축열조(11)의 내부에 설치된 제 1열교환기(41)가 응축기로 이용되고, 제 2축열조(12)에 설치된 상기 제 2열교환기(42)와 지하공기에 노출된 제 3열교환기(51)가 증발기로 이용된다. 따라서 제 1도에 도시된 히트 펌프 유닛(40)을 순환하는 냉매는 압축기(46)→사방밸브(47)→제1열교환기(41)→팽창밸브(45)→ 제 3열교환기(51)→ 제2열교환기(42)→사방밸브→압축기로 순환되는 사이클을 이룬다.
이 과정에서 상기 냉매는 제 3열교환기(51) 및 제 2열교환기(42)에 의해 상기 지하공기와 제 2축열조(12) 내부의 제 2열교환 매체(210)로부터 열을 흡수하고 이 열량과 압축기(55)의 일량에 해당하는 열을 제 1열교환기(51)에서 방출하여 상기 제1열교환 매체(200)를 가열하게 된다.
한편, 보조 열원 공급부는 제 2열교환매체(210)가 제 1연결관(24)과 열교환관(21)을 통하여 지하공기와 열교환되어 가열된 후 제 2연결관(25)를 통하여 제 2축열조(12)로 순환된다. 상술한 바와 같이 작동되는 과정에서 상기 제 3열교환기에 의해 흡입관(30)을 통하여 배출되는 지하공기로부터 1차적으로 열을 흡수하고, 제 3열교환기(51)를 통과한 냉매가 제 2열교환기(42)를 통과하게 되므로 제 2열교환 매체가 급격히 냉각되어 난방효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있다. 이 경우 압축기로 유입되는 기화된 냉매의 온도가 상대적으로 높아 압축기(46)가 손상될 수 있는데, 상기 도 3에 도시된 바와 같이 제 2열교환기(42)로 냉매가 유입될 수 있도록 바이패스관(60)이 설치되고, 이 바이패스관(60)에 보조 팽창밸브(61)가 설치되어 있으므로 제 2열교환기(32)로부터 토출되는 냉매의 온도가 높아지는 것을 방지할 수 있다. 그리고 도 4 및 도 5도에 도시된 바와 같이 제 1열교환기(41)에 의해 응축된 냉매를 병렬로 연결된 제 2,3열교환기(42)(51)를 통하여 분산시킴으로서 지하수 또는 지하공기와 열교환관에 의해 열교환이 이루어진 제 2열교환매체와 흡입관(30)을 통하여 배출되는 지하공기로부터 열을 흡수하게 되므로 제 2열교환기에 의해 제 2열교환 매체가 급격히 냉각되는 것이 방지되고, 지속적인 냉난방장치의 구동이 가능하다.
본 발명의 실험에 의하면 도 4에 도시된 바와 같이 제 3열교환기를 제 1열교환기와 별도의 제 3순환관에 의해 연결하고, 이 제 3열교환기의 입구측이 분기 팽창밸브(71)를 설치한 구조를 가진 지하열원을 이용한 냉난방장치를 제주도의 농가에 설치하고 이를 10시간 이상 구동시켜 하기 표와 같은 데이터를 얻었다.

시간		 축열탱크의유입되는 1열교환매체의 온도
(℃)
 축열탱크로로부터 제제 1축열조로 유입되는 제1열교환매체의 온도(℃) 제 2축열조로부터순환관으로유출되는제2열교환매체의 온도(℃) 순환관을통하여 제2축열조로유입되는제 2열교환매체의 온도(℃) 콤프레셔로 유입되는 냉매의온도(℃) 제 3열교환기를 통과한 지하공기의 온도(℃) 제 3열교환기를통과한냉매의 온도(℃)
08;40 25 26 18 17 17.7 18.4 16.2
15:30 43 46 11 10 12.5 3.7 8.9
15:43 43 47 11 10 12.6 3.6 8.1
15:50 43 47 11 10 12.8 3.8 9.1
16:00 44 48 11 10 13 3.7 8.9
16:10 44 49 11 10 13 3 9.2
16:30 45 49 11 10 13.3 4 9.5
16:35 46 50 11 10 13.4 2 9.6
16:54 46 51 11 10 13.4 4 9.6
17:00 46 51 11 10 13.4 4 9.8
17:18 47 51 11 10 13.4 4.1 9.9
17:28 47 52 11 10 13.4 4.2 10
17:39 47 53 11 10 13.4 4.2 10.1
18:00 48 52 11 10 13 4.3 10.5
상술한 바와 같은 실험으로부터 알수 있는 바와 같이 제주도의 송이석 내의 지하공기의 온도는 평균 16도 내지 18도 인데, 제 3열교환기를 통과하게 되면 4 도 로 떨러지게 됨을 알 수 있으며, 열교환관을 통하여 지하로 유입 및 유출되는 온도는 각각 10 도와 11도를 유지하고 있어 종래와 같이 지하수의 온도가 급격히 낮아져 난방효과가 떨어지는 것을 방지할 수 있다. 특히 압축로 유입되는 온도를 낮출수 있어 압축기가 과열된 냉매에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.
그리고 하절기에는, 냉매가 압축기에서 사방밸브를 통해 제1열교환기가 증발기로 이용되고, 제 2, 3열교환기(42)(51)가 증축기로 이용되도록 함으로써 제 1열교환기를 냉각시키고, 이를 이용하여 시설하우스의 내부를 냉방할 수 있다. 이 경우 상기 히터 유닛을 순환하는 냉매는 압축기→사방밸브→제2열교환기→제 3열교환기 →팽창밸브→제1열교환기→사방밸브→압축기로 순환되는 사이클을 이룬다.(도 1참조)
이 과정에서 상기 제 2열교환기와 제 2열교환 매체와 열교환이 이루어지고, 상기 제 3열교환기와 흡입관을 통하여 토출되는 지하공기와 열교환이 이루어지므로 냉매의 열방출 특성을 향상시켜 난방효율을 극대화 할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
본 발명의 지하공기를 이용한 냉, 난방장치는 시설하우스 뿐만아니라 각종 건축물의 냉, 난방장치에 널리 적용 가능하다.
10;냉,난방장치. 20;보조 열교환유닛
30;흡입관 40; 히트 펌프 유닛
200; 제 1열교환매체 210; 제 2열교환 매체

Claims (4)

  1. 축열탱크와 관들에 의해 연결되는 제 1축열조와, 상기 축열탱크와 제 1축열조의 내부를 순환하는 제1열교환매체와, 상기 축열탱크와 연결되어 축열탱크내의 제 1열교환매체를 순환시켜 시설하우스 내부를 난방하기 위한 난방부와,
    제 2축열조와 양단부가 연결되며 지하로 연장되어 지하공기 또는 지하수와 제 2축열조 내의 제 2열교환매체의 사이에 열교환이 이루어지도록 하는 복수개의 순환관들을 구비하는 보조 열원 공급유닛과,
    지하에 삽입 설치되어 지하로부터 지하공기를 흡입하여 배출하기 위한 흡입관과 상기 흡입관의 출구측에 설치되는 송풍기를 구비하며,
    상기 제 1축열조에 설치되는 제 1열교환기와, 상기 제 2축열조에 설치되는 제 2열교환기와, 상기 제1, 2 열교환기를 연결하여 폐회로를 구성하는 제1, 2 순환관과, 상기 제1 순환관에 설치되에 냉매의 흐름을 제어하는 팽창밸브와 상기 제 2순환관로에 설치되는 압축기 및 사방밸브와, 상기 팽창밸브와 제 2열교환기 사이의 제1순환관에 설치되면 상기 흡입관의 출구측에 설치된 송풍기에 의해 송풍된 지하공기에 노출되도록 설치되는 제 3열교환기를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 지하열원를 이용한 냉,난방장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1열교환기와 팽창밸브 사이 및 제 3열교환기와 제 2열교환기 사이의 제 1순환관을 상호 연결하는 바이패스관을 구비하며, 이 바이패스관에 보조 팽창밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 지하열원를 이용한 냉, 난방장치.
  3. 축열탱크와 관들에 의해 연결되는 제 1축열조와, 상기 축열탱크와 제 1축열조의 내부를 순환하는 제1열교환매체와, 상기 축열탱크와 연결되어 축열탱크내의 제 1열교환매체를 순환시켜 시설하우스 내부를 난방하기 위한 난방부와,
    제 2축열조와 양단부가 연결되며 지하로 연장되어 지하공기 또는 지하수와 제 2축열조 내의 제 2열교환매체의 사이에 열교환이 이루어지도록 하는 복수개의 순환관들을 구비하는 보조 열원 공급유닛과,
    지하에 삽입 설치되어 지하로부터 지하공기를 흡입하여 배출하기 위한 흡입관과 상기 흡입관의 출구측에 설치되는 송풍기를 구비하며,
    상기 제 1축열조에 설치되는 제 1열교환기와, 상기 제 2축열조에 설치되는 제 2열교환기와, 상기 제1, 2 열교환기를 연결하여 폐회로를 구성하는 제1, 2 순환관과, 상기 제1 순환관에 설치되에 냉매의 흐름을 제어하는 팽창밸브와 상기 제 2순환관로에 설치되는 압축기 및 사방밸브와, 상기 제 1열교환기와 팽창 밸브 사이의 제 1순환관과 상기 제 2열교환기와 압축기 사이의 제 2순환관을 연결하는 제 제 3순환관과, 상기 제 3순환관에 설치되며 상기 흡입관의 출구측에 설치된 송풍기에 의해 송풍된 지하공기에 노출되도록 설치되는 제 3열교환기와 상기 제 3열교환기의 입구측 제 3순환관에 설치된 분기 팽창밸브를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 지하열원을 이용한 냉,난방장치.
  4. 축열탱크와 관들에 의해 연결되는 제 1축열조와, 상기 축열탱크와 제 1축열조의 내부를 순환하는 제1열교환매체와, 상기 축열탱크와 연결되어 축열탱크내의 제 1열교환매체를 순환시켜 시설하우스 내부를 난방하기 위한 난방부와,
    제 2축열조와 양단부가 연결되며 지하로 연장되어 지하공기 또는 지하수와 제 2축열조 내의 제 2열교환매체의 사이에 열교환이 이루어지도록 하는 복수개의 순환관들을 구비하는 보조 열원 공급유닛과,
    지하에 삽입 설치되어 지하로부터 지하공기를 흡입하여 배출하기 위한 흡입관과 상기 흡입관의 출구측에 설치되는 송풍기를 구비하며,
    상기 제 1축열조에 설치되는 제 1열교환기와, 상기 제 2축열조에 설치되는 제 2열교환기와, 상기 제1, 2 열교환기를 연결하여 폐회로를 구성하는 제1, 2 순환관과, 상기 제1 순환관에 설치되에 냉매의 흐름을 제어하는 팽창밸브와 상기 제 2순환관로에 설치되는 압축기 및 사방밸브와, 상기 팽창 밸브와 제 2열교환기 사이의 제 1순환관과 상기 제 2열교환기와 압축기 사이의 제 2순환관을 연결하는 제 제 4순환관과, 상기 제 4순환관에 설치되며 상기 흡입관의 출구측에 설치된 송풍기에 의해 송풍된 지하공기에 노출되도록 설치되는 제 3열교환기를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 지하열원을 이용한 냉,난방장치.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP2006308278A (ja) 2005-03-30 2006-11-09 Yasuo Uchikawa 超臨界型ヒートポンプ装置
KR20080070598A (ko) * 2007-01-25 2008-07-30 오평원 지하공기를 이용한 냉,난방장치
JP2010078258A (ja) 2008-09-26 2010-04-08 Denso Corp 冷凍サイクル装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006125769A (ja) 2004-10-29 2006-05-18 Denso Corp ヒートポンプサイクル装置
JP2006308278A (ja) 2005-03-30 2006-11-09 Yasuo Uchikawa 超臨界型ヒートポンプ装置
KR20080070598A (ko) * 2007-01-25 2008-07-30 오평원 지하공기를 이용한 냉,난방장치
JP2010078258A (ja) 2008-09-26 2010-04-08 Denso Corp 冷凍サイクル装置

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