KR101297761B1 - 광대역 열펌프 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 서로 다른 온도 대역의 열수를 공급하는 복수 개의 열펌프들을 구비하는 열펌프 모듈과, 서로 다른 온도 대역의 열원들 중 하나 또는 복수 개로부터 열원을 선택적으로 유입하여 혼합하는 복수 개의 열원 혼합부들을 구비하는 열원 공급 모듈과, 서로 다른 온도 대역을 가지며, 상기 복수 개의 열펌프들 중 하나 또는 복수 개로부터 열수를 선택적으로 유입하여 혼합하는 복수 개의 열수 혼합부들을 구비하는 열수 혼합 모듈과, 수요처로부터 요청되는 열수의 온도에 적합하도록, 상기 복수 개의 열수 혼합부들 및 상기 복수 개의 열원 혼합부들 중에서 각각 하나의 열수 혼합부와 열원 혼합부를 선택하고, 상기 선택된 열수 혼합부에 대응되는 상기 복수 개의 열펌프들 중 하나 또는 복수 개를 선택하며, 상기 선택된 열원 공급부에 대응되는 상기 복수 개의 열원들 중 하나 또는 복수 개를 선택하여, 상기 수요처에 공급하게 하는 광대역 열펌프 시스템을 제공한다.
따라서, 다양한 온도 대역의 열수를 요구하는 수요처에 공급할 수 있으며, 신재생 에너지원과 같은 다양한 온도 대역의 열원을 이용할 수 있기 때문에 에너지의 활용도도 증가한다.

Description

광대역 열펌프 시스템 {Wide band heat pump system }
본 발명은 광대역 열펌프 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다양한 온도의 열원을 이용하여 다양한 온도의 열수를 요구하는 수요처에 공급할 수 있는 광대역 열펌프 시스템에 관한 것이다.
열펌프는 낮은 온도의 열원을 이용하여 높은 온도의 열수를 생산할 수 있는 장치이다. 일반적으로 열펌프는 일정한 온도 및 일정한 유량으로 유입되는 열원을 이용하여 설정된 온도 및 유량을 가지는 열수를 생산한다.
지열, 하수열, 태양열, 하천수열 등의 신재생 열원의 경우, 열원의 온도가 일정하지 않을 뿐만 아니라 유량(또는 열유량)도 크게 변화하는 특성을 가진다. 또한, 열수를 이용하는 수요처도 수요 목적에 따라서 다양한 온도 대역의 열수를 요구하는 것이 현실이다. 하지만, 일반적인 열펌프를 가지고는 이러한 열원의 특성과 수요처의 특성에 맞출 수 없는 한계가 있다.
한국등록특허 제0780281호에는 담수, 하천수 등을 이용하여 히트펌프를 가동시켜서 온수를 수요처에 공급하는 기술이 개시되어 있다. 하지만, 이러한 기술은 복수 개의 히트펌프를 단순히 병렬로 설치하여 운영하는 것에 불과하여, 다양한 온도의 열원을 효율적으로 이용하기 어렵고, 다양한 온도의 열수를 요구하는 수요처에 대응하기 어려운 단점이 있다.
본 발명은 다양한 온도의 열원을 이용하여 다양한 온도의 열수를 요구하는 수요처에 공급할 수 있는 광대역 열펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 서로 다른 온도 대역의 열수를 공급하는 복수 개의 열펌프들을 구비하는 열펌프 모듈과, 서로 다른 온도 대역의 열원들 중 하나 또는 복수 개로부터 열원을 선택적으로 유입하여, 요구되는 온도의 열원을 생산하는 열원 공급 모듈과, 수요처로부터 요청되는 열수의 온도에 적합하도록, 상기 복수 개의 열펌프 중 하나의 열펌프를 선택하고, 상기 선택된 열펌프가 상기 요청되는 열수의 온도를 제공하기 위하여 필요한 온도의 열원을 상기 열원 공급 모듈로부터 공급받게 하는 제어부를 포함하는 광대역 열펌프 시스템을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 서로 다른 온도 대역의 열수를 공급하는 복수 개의 열펌프를 구비하는 열펌프 모듈과, 상기 복수 개의 열펌프들에 각각 열원을 공급하는 복수 개의 열원들과, 서로 다른 온도 대역을 가지며, 상기 복수 개의 열펌프들 중 하나 또는 복수 개로부터 열수를 선택적으로 유입하여 혼합하는 복수 개의 열수 혼합부들을 구비하는 열수 혼합 모듈과, 수요처로부터 요청되는 열수의 온도에 적합하도록, 상기 복수 개의 열수 혼합부들 중 하나의 열수 혼합부를 선택하고, 상기 선택된 열수 혼합부가 상기 요청되는 열수의 온도를 제공하기 위하여 상기 복수 개의 열펌프의 하나 또는 복수개로부터 열수를 공급받게 하는 제어부를 포함하는 광대역 열펌프 시스템을 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 서로 다른 온도 대역의 열수를 공급하는 복수 개의 열펌프들을 구비하는 열펌프 모듈과, 서로 다른 온도 대역의 열원들 중 하나 또는 복수 개로부터 열원을 선택적으로 유입하여 혼합하는 복수 개의 열원 혼합부들을 구비하는 열원 공급 모듈과, 서로 다른 온도 대역을 가지며, 상기 복수 개의 열펌프들 중 하나 또는 복수 개로부터 열수를 선택적으로 유입하여 혼합하는 복수 개의 열수 혼합부들을 구비하는 열수 혼합 모듈과, 수요처로부터 요청되는 열수의 온도에 적합하도록, 상기 복수 개의 열수 혼합부들 및 상기 복수 개의 열원 혼합부들 중에서 각각 하나의 열수 혼합부와 열원 혼합부를 선택하고, 상기 선택된 열수 혼합부에 대응되는 상기 복수 개의 열펌프들 중 하나 또는 복수 개를 선택하며, 상기 선택된 열원 공급부에 대응되는 상기 복수 개의 열원들 중 하나 또는 복수 개를 선택하여, 상기 수요처에 공급하게 하는 광대역 열펌프 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 광대역 열펌프 시스템에서는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 다양한 온도 대역의 열수를 요구하는 수요처에 공급할 수 있다.
둘째, 신재생 에너지원과 같은 다양한 온도 대역의 열원을 이용할 수 있기 때문에, 에너지의 활용도가 증가한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 열펌프 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 광대역 열펌프 시스템의 제어흐름을 보여주는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광대역 열펌프 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 4는 도 3의 광대역 열펌프 시스템의 제어흐름을 보여주는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광대역 열펌프 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 6은 도 5의 광대역 열펌프 시스템의 제어흐름을 보여주는 블록도이다.
도 1 및 도 2에 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 열펌프 시스템(100)이 도시되어 있다. 상기 열펌프 시스템(100)은 열펌프 모듈(110), 열원 공급 모듈(120) 및 제어부(140)를 포함한다.
상기 열펌프 모듈(110)은 서로 다른 온도 대역의 열수를 공급하는 제1열펌프(111), 제2열펌프(112), 제3열펌프(113)를 포함한다. 상기 제3열펌프(113)는 가장 높은 온도의 열수를 공급하며, 상기 제1열펌프(111)가 가장 낮은 온도의 열수를 공급한다. 본 발명에서 열수라는 용어는 단순히 고온의 물만을 의미하는 것이 아니라, 물 이외에 다양한 열매체를 의미한다.
상기 제3열펌프(113)가 가장 높은 온도의 열수를 공급한다고 하더라도, 상기 제3열펌프(113)로 가장 높은 온도의 열원이 공급될 필요는 없다. 상기 제1,2,3열펌프들(111, 112, 113)은 구조 및 냉매의 특성에 따라 다양한 온도의 대역의 열원을 이용하여 다양한 온도 대역의 열수를 생산할 수 있다.
제1,2,3열펌프들(111, 112, 113)에 이용되도록 다양한 온도 대역의 열원들이 이용된다. 예를 들면, 지열온도차 열원은 통상 10~20℃ 이며, 연료전지 열원은 80℃ 이고, 태양열은 50~250℃ 이다. 다만, 태양열은 온도가 낮을수록 열효율이 높고, 고열로 인한 내구성 문제로 높은 열을 사용하는 쪽은 선호하지 않는다. 즉, 지열, 하수열, 태양열, 하천수열, 연료전지 열원 등의 다양한 온도 대역 및 다양한 열유량을 가지는 열원들이, 저온 열원, 중온 열원 및 고온 열원으로서 이용된다. 본 명세서에서, 저온 열원, 중온 열원, 고온 열원은 정해진 온도의 대역이 아니라, 상대적인 의미로 이용된다.
상기 열원 공급 모듈(120)은 제1,2,3열원 혼합부들(121, 122, 123)을 포함한다. 상기 제1열원 혼합부(121)는 상기 저온 열원, 상기 중온 열원 및 상기 고온 열원으로부터 하나 또는 복수 개의 열원을 공급받아 상기 제1열펌프(111)에 열원으로서 공급한다. 상기 제2열원 혼합부(122)는 상기 저온 열원, 상기 중온 열원 및 상기 고온 열원으로부터 하나 또는 복수 개의 열원을 공급받아 상기 제2열펌프(112)에 열원으로서 공급한다. 또한, 상기 제3열원 혼합부(123)는 상기 저온 열원, 상기 중온 열원 및 상기 고온 열원으로부터 하나 또는 복수 개의 열원을 공급받아 상기 제3열펌프(113)에 열원으로서 공급한다.
수요처는 저온 수요처, 중온 수요처 및 고온 수요처로 분류된다. 본 명세서에서, 저온 수요처, 중온 수요처, 고온 수요처는 정해진 온도의 대역이 아니라, 상대적인 의미로 이용된다.
상기 저온 수요처는 상기 제1열펌프(111)로부터 저온 열수를 공급받고, 상기 중온 수요처는 상기 제2열펌프(112)로부터 중온 열수를 공급받고, 상기 고온 수요처는 상기 제3열펌프(113)로부터 고온 열수를 공급받는다.
상기 제어부(140)는, 상기 저온, 중온 및 고온 수요처들로부터 요청되는 열수의 온도에 적합하도록, 상기 열펌프 모듈(110) 및 상기 열원 공급 모듈(120)을 제어한다. 예를 들어, 상기 저온 수요처에서 특정 온도의 열수를 요청할 경우, 상기 제어부(140)는 상기 저온 열원, 상기 중온 열원 및 상기 고온 열원으로부터 열원을 공급받아 설정 온도(또는 설정 대역 온도)의 열원을 제조하여 상기 제1열펌프(111)에 공급한다. 이 때, 상기 열원 공급 모듈(120)은 상기 저온 열원, 상기 중온 열원 및 상기 고온 열원의 실질적인 온도, 열유량, 제공 가능 시간대 등의 인자를 고려하여, 상기 제1열펌프(111)에 공급될 열원을 제조한다. 상기 중온 수요처 및 상기 고온 수요처에 공급되는 중온 열수 및 고온 열수의 경우에도, 유사한 방법으로 제어된다.
상기와 같이, 다양한 수요처의 요구에 따라 다양한 온도 대역의 열원을 이용하여 대응할 수 있으므로, 수요처의 만족도도 증가하고, 에너지의 이용 활용도가 향상된다.
도 3 및 도 4에 본 발명의 다른 실시예에 따른 광대역 열펌프 시스템(200)이 도시되어 있다. 이하에서는, 전술한 실시예와 상이한 점을 중심으로 설명한다.
상기 열펌프 시스템(200)은 열펌프 모듈(210), 열수 혼합 모듈(230) 및 제어부(240)를 포함한다. 상기 열펌프 모듈(210)은 서로 다른 온도 대역의 열수를 공급하는 제1열펌프(211), 제2열펌프(212), 제3열펌프(213)를 포함한다.
제1,2,3열펌프들(211, 212, 213)에 이용되도록 다양한 온도 대역의 열원들이 이용된다. 저온 열원은 상기 제1열펌프(211)에 공급되고, 중온 열원은 상기 제2열펌프(212)에 공급되고, 고온 열원은 상기 제3열펌프(213)에 공급된다.
상기 열수 혼합 모듈(230)은 저온 열수 혼합부(231), 중온 열수 혼합부(232) 및 고온 열수 혼합부(233)를 포함한다. 상기 저온 열수 혼합부(231)는 상기 제1,2,3열펌프들(211, 212, 213) 중 하나 또는 복수 개로부터 열수를 선택적으로 유입하여 혼합한다. 상기 중온 열수 혼합부(232)는 상기 제1,2,3열펌프들(211, 212, 213) 중 하나 또는 복수 개로부터 열수를 선택적으로 유입하여 혼합한다. 상기 고온 열수 혼합부(233)는 상기 제1,2,3열펌프들(211, 212, 213) 중 하나 또는 복수 개로부터 열수를 선택적으로 유입하여 혼합한다.
수요처는 저온 수요처, 중온 수요처 및 고온 수요처로 분류된다. 상기 저온 수요처는 상기 저온 열수 혼합부(231)로부터 저온 열수를 공급받고, 상기 중온 수요처는 상기 중온 열수 혼합부(232)로부터 중온 열수를 공급받고, 상기 고온 수요처는 상기 고온 열수 혼합부(233)로부터 고온 열수를 공급받는다.
상기 제어부(240)는, 상기 저온, 중온 및 고온 수요처들로부터 요청되는 열수의 온도에 적합하도록, 상기 열펌프 모듈(210) 및 상기 열원 공급 모듈(230)을 제어한다. 예를 들어, 상기 저온 수요처에서 특정 온도의 열수를 요청할 경우, 상기 제어부(240)는 먼저, 제1,2,3열펌프들(211, 212, 213) 중 작동해야 하는 열펌프를 선택한다. 만일, 제1,2,3열펌프들(211, 212, 213)이 모두 필요할 경우, 상기 제어부(240)는, 상기 저온 열원, 상기 중온 열원 및 상기 고온 열원을 각각 상기 제1열펌프(211), 상기 제2열펌프(212) 및 상기 제3열펌프(213)에 공급한다.
상기 저온 열수 혼합부(231)는 상기 제1열펌프(211), 상기 제2열펌프(212) 및 상기 제3열펌프(213)로부터 설정된 온도 대역 및 유량 대역의 열수들을 공급받아, 상기 저온 수요처에서 요청하는 온도를 가지는 열수를 제조한 후, 상기 저온 수요처로 공급한다. 상기 중온 수요처 및 상기 고온 수요처에 공급되는 중온 열수 및 고온 열수의 경우에도, 유사한 방법으로 제어된다.
도 5 및 도 6에 본 발명의 다른 실시예에 따른 광대역 열펌프 시스템(300)이 도시되어 있다. 이하에서는, 전술한 실시예와 상이한 점을 중심으로 설명한다.
상기 열펌프 시스템(300)은 열펌프 모듈(310), 열원 공급 모듈(320), 열수 혼합 모듈(330) 및 제어부(340)를 포함한다. 상기 열펌프 모듈(310)은 서로 다른 온도 대역의 열수를 공급하는 제1열펌프(311), 제2열펌프(312), 제3열펌프(313)를 포함한다.
상기 열원 공급 모듈(320)은 제1,2,3열원 혼합부들(321, 322, 323)을 포함한다. 상기 제1열원 혼합부(321)는 상기 저온 열원, 상기 중온 열원 및 상기 고온 열원으로부터 하나 또는 복수 개의 열원을 공급받아 상기 제1열펌프(311)에 열원으로서 공급한다. 상기 제2열원 혼합부(322)는 상기 저온 열원, 상기 중온 열원 및 상기 고온 열원으로부터 하나 또는 복수 개의 열원을 공급받아 상기 제2열펌프(312)에 열원으로서 공급한다. 또한, 상기 제3열원 혼합부(323)는 상기 저온 열원, 상기 중온 열원 및 상기 고온 열원으로부터 하나 또는 복수 개의 열원을 공급받아 상기 제3열펌프(313)에 열원으로서 공급한다.
상기 열수 혼합 모듈(330)은 저온 열수 혼합부(331), 중온 열수 혼합부(332) 및 고온 열수 혼합부(333)를 포함한다. 상기 저온 열수 혼합부(331)는 상기 제1,2,3열펌프들(311, 312, 313) 중 하나 또는 복수 개로부터 열수를 선택적으로 유입하여 혼합한다. 상기 중온 열수 혼합부(332)는 상기 제1,2,3열펌프들(311, 312, 313) 중 하나 또는 복수 개로부터 열수를 선택적으로 유입하여 혼합한다. 상기 고온 열수 혼합부(333)는 상기 제1,2,3열펌프들(311, 312, 313) 중 하나 또는 복수 개로부터 열수를 선택적으로 유입하여 혼합한다.
수요처는 저온 수요처, 중온 수요처 및 고온 수요처로 분류된다. 상기 저온 수요처는 상기 저온 열수 혼합부(331)로부터 저온 열수를 공급받고, 상기 중온 수요처는 상기 중온 열수 혼합부(332)로부터 중온 열수를 공급받고, 상기 고온 수요처는 상기 고온 열수 혼합부(333)로부터 고온 열수를 공급받는다.
상기 제어부(340)는, 상기 저온, 중온 및 고온 수요처들로부터 요청되는 열수의 온도에 적합하도록, 상기 열원 공급 모듈(320), 상기 열펌프 모듈(310) 및 상기 열원 공급 모듈(330)을 제어한다. 예를 들어, 상기 저온 수요처에서 특정 온도의 열수를 요청할 경우, 상기 제어부(340)는 먼저, 제1,2,3열펌프들(311, 312, 313) 중 작동해야 하는 열펌프를 선택한다. 만일, 제1,2,3열펌프들(311, 312, 313)이 모두 필요할 경우, 상기 제어부(340)는, 상기 저온 열원 혼합부(321), 상기 중온 열원 혼합부(322) 및 상기 고온 열원 혼합부(323)를 모두 가동한다. 상기 저온 열원 혼합부(321), 상기 중온 열원 혼합부(322) 및 상기 고온 열원 혼합부(323)는 각각 제1,2,3열펌프들(311, 312, 313)에 요청된 열원을 제조하여 공급한다.
상기 저온 열수 혼합부(331)는 상기 제1열펌프(311), 상기 제2열펌프(312) 및 상기 제3열펌프(313)로부터 설정된 온도 대역 및 유량 대역의 열수들을 공급받아, 상기 저온 수요처에서 요청하는 온도를 가지는 열수를 제조한 후, 상기 저온 수요처로 공급한다. 상기 중온 수요처 및 상기 고온 수요처에 공급되는 중온 열수 및 고온 열수의 경우에도, 유사한 방법으로 제어된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100, 200, 300: 광대역 열펌프 시스템
110, 210, 310: 열펌프 모듈
120, 320: 열원 공급 모듈 230, 330: 열수 혼합 모듈
140, 240, 340: 제어부

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 서로 다른 온도 대역의 열수를 공급하는 복수 개의 열펌프를 구비하는 열펌프 모듈;
    상기 복수 개의 열펌프들에 각각 열원을 공급하는 복수 개의 열원들;
    서로 다른 온도 대역을 가지며, 상기 복수 개의 열펌프들 중 하나 또는 복수 개로부터 열수를 선택적으로 유입하여 혼합하는 복수 개의 열수 혼합부들을 구비하는 열수 혼합 모듈; 및
    수요처로부터 요청되는 열수의 온도에 적합하도록, 상기 복수 개의 열수 혼합부들 중 하나의 열수 혼합부를 선택하고, 상기 선택된 열수 혼합부가 상기 요청되는 열수의 온도를 제공하기 위하여 상기 복수 개의 열펌프의 하나 또는 복수개로부터 열수를 공급받게 하는 제어부를 포함하는 광대역 열펌프 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 복수 개의 열펌프들은, 온도 대역의 증가에 따라 제1열펌프, 제2열펌프 및 제3열펌프를 포함하며,
    상기 복수 개의 열원들은 저온 열원, 중온 열원 및 고온 열원을 포함하고,
    상기 제1열펌프는 상기 저온 열원을 공급받고,
    상기 제2열펌프는 상기 중온 열원을 공급받고,
    상기 제3열펌프는 상기 고온 열원을 공급받는 광대역 열펌프 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 수요처는, 저온 수요처, 중온 수요처 및 고온 수요처를 포함하고,
    상기 열수 혼합부들은, 저온 열수 혼합부, 중온 열수 혼합부 및 고온 열수 혼합부를 포함하는 광대역 열펌프 시스템.
  7. 서로 다른 온도 대역의 열수를 공급하는 복수 개의 열펌프들을 구비하는 열펌프 모듈;
    서로 다른 온도 대역의 열원들 중 하나 또는 복수 개로부터 열원을 선택적으로 유입하여 혼합하는 복수 개의 열원 혼합부들을 구비하는 열원 공급 모듈;
    서로 다른 온도 대역을 가지며, 상기 복수 개의 열펌프들 중 하나 또는 복수 개로부터 열수를 선택적으로 유입하여 혼합하는 복수 개의 열수 혼합부들을 구비하는 열수 혼합 모듈; 및
    수요처로부터 요청되는 열수의 온도에 적합하도록, 상기 복수 개의 열수 혼합부들 및 상기 복수 개의 열원 혼합부들 중에서 각각 하나의 열수 혼합부와 열원 혼합부를 선택하고, 상기 선택된 열수 혼합부에 대응되는 상기 복수 개의 열펌프들 중 하나 또는 복수 개를 선택하며, 상기 선택된 열원 공급부에 대응되는 상기 복수 개의 열원들 중 하나 또는 복수 개를 선택하여, 상기 수요처에 공급하게 하는 광대역 열펌프 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 복수 개의 열펌프들은, 온도 대역의 증가에 따라 제1열펌프, 제2열펌프 및 제3열펌프를 포함하는 광대역 열펌프 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 수요처는, 저온 수요처, 중온 수요처 및 고온 수요처를 포함하고,
    상기 열수 혼합부들은, 저온 열수 혼합부, 중온 열수 혼합부 및 고온 열수 혼합부를 포함하고,
    상기 열원 혼합부들은, 저온 열원 혼합부, 중온 열원 혼합부 및 고온 열원 혼합부를 포함하는 광대역 열펌프 시스템.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 열원 공급 모듈은,
    상기 복수 개의 열원들의 온도, 열유량 및 제공 가능 시간대 중 적어도 하나를 고려하여 선택하는 광대역 열펌프 시스템.
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