KR101339068B1 - Solar thermal and geothermal heat pump hybrid system with underground solar heat storage device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양열 지중축열방식의 태양열겸용 히트펌프장치의 급탕 및 난방시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양열 시스템과 지열 열원식 히트펌프시스템을 조합하여 난방 및 온수를 효율적으로 공급하기 위한 복합 시스템으로써, 태양열시스템은 저온으로 집열할 수 있기 때문에 태양열 집열효율이 증가하고, 태양열이 필요없는 여름철과 같은 계절에 태양열을 지중에 장기 저장하였다가 열이 필요한 계절(시점)에 저장한 지중의 열을 히트펌프장치의 열원으로 사용하여 히트펌프의 COP를 높여 에너지를 절감하며, 지열열교환기용 축열관 또는 복합단일관을 활용하여 지중에 태양열을 축열하기 때문에 큰 용량의 태양열 장기 축열조 또는 계간축열장치를 별도로 설치하지 않아 비용이 절감되는 효과가 있다.The present invention relates to a hot water supply and heating system for a solar thermal heat pump device of a solar underground heat storage type, and more particularly, as a complex system for efficiently supplying heating and hot water by combining a solar system and a geothermal heat source heat pump system. Since solar system can collect at low temperature, solar heat collection efficiency is increased, and solar heat is stored in the ground for a long time in the season such as summer when solar heat is not needed, Save energy by increasing COP of heat pump by using as heat source of pump device, and install large capacity solar long-term heat storage tank or quarterly heat storage device because it accumulates solar heat in the ground by using heat storage tube or complex single pipe for geothermal heat exchanger. There is no cost saving effect.

Description

태양열 지중축열방식의 태양열겸용 히트펌프장치의 급탕 및 난방시스템{Solar thermal and geothermal heat pump hybrid system with underground solar heat storage device}Solar thermal and geothermal heat pump hybrid system with underground solar heat storage device}
본 발명은 태양열 지중축열방식의 태양열겸용 히트펌프장치의 급탕 및 난방시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양열 시스템과 지열 열원식 히트펌프시스템을 조합하여 난방 및 온수를 효율적으로 공급하기 위한 복합 시스템으로써, 태양열시스템은 저온으로 집열할 수 있기 때문에 태양열 집열효율이 증가하고, 태양열이 필요없는 여름철과 같은 계절에 태양열을 지중에 장기 저장하였다가 열이 필요한 계절(시점)에 저장한 지중의 열을 히트펌프장치의 열원으로 사용하여 히트펌프의 COP를 높여 에너지를 절감하며, 지열열교환기용 축열관 또는 복합단일관을 활용하여 지중에 태양열을 축열하기 때문에 큰 용량의 태양열 장기 축열조 또는 계간축열장치를 별도로 설치하지 않아 비용이 절감되는 태양열 지중축열방식의 태양열겸용 히트펌프장치의 급탕 및 난방시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a hot water supply and heating system for a solar thermal heat pump device of a solar underground heat storage type, and more particularly, as a complex system for efficiently supplying heating and hot water by combining a solar system and a geothermal heat source heat pump system. Since solar system can collect at low temperature, solar heat collection efficiency is increased, and solar heat is stored in the ground for a long time in the season such as summer when solar heat is not needed, Save energy by increasing COP of heat pump by using as heat source of pump device, and install large capacity solar long-term heat storage tank or quarterly heat storage device because it accumulates solar heat in the ground by using heat storage tube or complex single pipe for geothermal heat exchanger. Solar thermal heat pump It relates to the value of hot water supply and heating systems.
주지하는 바와 같이 태양광은 석탄, 석유, 천연가스, 원자력 등의 에너지에 비하여 설비만 갖춰지면 추가적인 비용 없이도 반영구적으로 자급자족이 가능하고, 특히 환경친화적인 장점이 있다.As is well known, solar power is semi-permanent self-sufficiency without additional costs if the facility is equipped with energy compared to coal, petroleum, natural gas, nuclear power, etc., in particular, there is an environment-friendly advantage.
그래서 태양열 또는 태양광을 이용한 친환경적인 주택에 대한 관심이 높아지고 있다.Therefore, interest in eco-friendly houses using solar or sunlight is increasing.
그러나 태양열시스템은 백업설비를 반드시 필요로 할 뿐만 아니라, 부대설비인 보온 처리된 축열조, 펌프, 배관, 제어장치, 열교환기, 밸브 등 여러 가지 크고 작은 부품으로 구성되어 있으며, 이들 부품이 대부분이 설치 현장에서 시공되고 있어 넓은 설치장소를 필요로 할뿐만 아니라 시공시간도 많이 들고 시스템이 복잡하여 사후관리에도 어려움이 있으며, 미관상에도 문제점이 있다.However, solar system not only needs backup equipment, but also consists of various large and small parts such as heat storage tank, pump, piping, controller, heat exchanger, valve, etc., and most of these components are installed. As it is being constructed in the field, it requires not only a wide installation place, but also requires a lot of construction time and complicated system, which makes it difficult to follow-up management.
또한, 백업설비(보일러, 히트펌프 등)도 태양열시스템에 적합하게 개발된 것도 없어서 태양열시스템과의 효율적인 연계가 어려운 실정이다.In addition, since backup facilities (boilers, heat pumps, etc.) have not been developed for solar systems, it is difficult to efficiently link with solar systems.
이 중에서 지열 히트펌프는 고효율 기기로 사용이 점차 증가되고 있고 또한 신재생에너지로 분류되어 있으나 지열 히트펌프만 단독으로 사용할 경우에는 상당한 양의 전기에너지가 소비되어 CO2 배출 감소효과는 그리 많지 않다. 또한 시스템 구성도 태양열시스템과 유사해서 버퍼탱크(일종의 축열조), 팽창탱크 각종 밸브 및 열교환기 등으로 구성되어 있다.Among these, geothermal heat pumps are increasingly being used as high-efficiency devices, and are classified as renewable energy. However, when only geothermal heat pumps are used alone, a considerable amount of electric energy is consumed. In addition, the system configuration is similar to the solar system, and is composed of a buffer tank (a kind of heat storage tank), expansion tanks, various valves, and a heat exchanger.
그러나, 상기 태양열시스템은 여름철에 사용하지 않는데, 그렇게 되면 태양열을 집열하는 집열기가 과열된다. 그래서 종래에는 대용량의 축열조 또는 계간축열장치를 별도로 설치하여 여름철에 태양열시스템에서 발생되는 열원을 축열하는 것이다.However, the solar system is not used in summer, when the collector for collecting solar heat is overheated. Thus, in the related art, a large capacity heat storage tank or a quarterly heat storage device is separately installed to accumulate a heat source generated in a solar thermal system in summer.
하지만, 상기 대용량의 축열조 또는 계간축열장치는 고가이고 별도로 설치해야함으로써, 전체적인 설치비용 및 설치기간이 증가되는 문제점이 발생한다.
However, since the large-capacity heat storage tank or the quarterly heat storage device is expensive and needs to be installed separately, a problem arises in that the overall installation cost and installation period are increased.
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art,
태양열 시스템과 지열 열원식 히트펌프시스템을 조합하여 난방 및 온수를 효율적으로 공급하기 위한 복합 시스템으로써, 태양열시스템은 저온으로 집열할 수 있기 때문에 태양열 집열효율이 증가하고, 태양열이 필요없는 여름철과 같은 계절에 태양열을 지중에 장기 저장하였다가 열이 필요한 계절(시점)에 저장한 지중의 열을 히트펌프장치의 열원으로 사용하여 히트펌프의 COP를 높여 에너지를 절감하는 태양열 지중축열방식의 태양열겸용 히트펌프장치의 급탕 및 난방시스템을 제공하는데 목적이 있다.As a complex system for supplying heating and hot water efficiently by combining a solar system and a geothermal heat source heat pump system, the solar thermal system can be collected at a low temperature, which increases solar heat collection efficiency and does not require solar heat. Solar thermal heat pump combined with solar thermal storage system that saves energy by increasing COP of heat pump by using underground heat stored in the underground for a long time after the solar heat is stored in the season where the heat is needed. The purpose is to provide a hot water supply and heating system for the device.
또한, 지열열교환기용 축열관 또는 복합단일관을 활용하여 지중에 태양열을 축열하기 때문에 큰 용량의 태양열 장기 축열조 또는 계간축열장치를 별도로 설치하지 않아 비용이 절감되는 태양열 지중축열방식의 태양열겸용 히트펌프장치의 급탕 및 난방시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
In addition, because the solar heat is accumulated in the ground by using a heat storage tube or a composite single tube for the geothermal heat exchanger, a solar heat pump for solar thermal heat storage type that saves money by not installing a large-capacity long-term heat storage tank or a quarterly heat storage device separately. Another purpose is to provide hot water supply and heating systems.
상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 태양열의 온열 에너지를 집열하여 공급하는 태양열 집열장치와;In order to achieve the above object, the present invention provides a solar heat collecting device for collecting and supplying thermal energy of solar heat;
상기 태양열 집열장치와 연결되어 여름철에 사용하지 않는 태양열 집열장치의 온열 에너지를 지중에 축열하도록 지중에 형성되는 축열관과;A heat storage tube connected to the solar heat collecting device and formed in the ground to thermally store thermal energy of a solar heat collecting device not used in summer;
상기 축열관이 형성된 지중에 형성되어 히트펌프장치와 연결되고, 겨울철에 지중에 축열된 열원을 히트펌프장치에 전달하는 열원공급관과;A heat source supply pipe formed in the ground where the heat storage tube is formed and connected to a heat pump device, and configured to transfer the heat source accumulated in the ground to the heat pump device in winter;
상기 열원공급관과 연결되어 공급받은 지중의 열원을 열교환을 통해 사용처에 급탕 및 난방용 열원을 공급하는 히트펌프장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양열 지중축열방식의 태양열겸용 히트펌프장치의 급탕 및 난방시스템에 관한 것이다.Hot water supply of solar combined heat pump of the solar thermal underground heat storage system comprising a; heat pump device for supplying a hot water source for heating and heating to the place of use through heat exchange the ground heat source connected to the heat source supply pipe It relates to a heating system.
또한, 본 발명은 태양열의 온열 에너지를 집열하여 공급하는 태양열 집열장치와;In addition, the present invention provides a solar heat collecting device for collecting and supplying thermal energy of solar heat;
상기 태양열 집열장치와 연결되어 여름철에 사용하지 않는 태양열 집열장치의 온열 에너지를 지중에 축열하는 동시에 겨울철에 지중에 축열된 열원을 히트펌프장치에 전달하도록 일측에 분기관이 형성되어 히트펌프장치와 연결되는 복합단일관과;A branch pipe is formed at one side to connect the heat collector to the heat pump device to heat the heat energy of the solar heat collector which is not used in the summer in the ground and transfer the heat source accumulated in the ground to the heat pump device in the winter season. Compound single unit being;
상기 복합단일관과 연결되어 공급받은 지중의 열원을 열교환을 통해 사용처에 급탕 및 난방용 열원을 공급하는 히트펌프장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양열 지중축열방식의 태양열겸용 히트펌프장치의 급탕 및 난방시스템에 관한 것이다.
Hot water supply of the combined solar heat pump system of the solar thermal underground heat storage method characterized in that it comprises a; a heat pump device for supplying a hot water source for heating and heating to the place of use through heat exchange the ground heat source connected to the composite single pipe supplied And a heating system.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 태양열 지중축열방식의 태양열겸용 히트펌프장치의 급탕 및 난방시스템은 태양열 시스템과 지열 열원식 히트펌프시스템을 조합하여 난방 및 온수를 효율적으로 공급하기 위한 복합 시스템으로써, 태양열시스템은 저온으로 집열할 수 있기 때문에 태양열 집열효율이 증가하고, 태양열이 필요없는 여름철과 같은 계절에 태양열을 지중에 장기 저장하였다가 열이 필요한 계절(시점)에 저장한 지중의 열을 히트펌프장치의 열원으로 사용하여 히트펌프의 COP를 높여 에너지를 절감하는 효과가 있다.As described above, the hot water supply and heating system of the combined solar thermal heat pump device of the solar thermal underground heat storage system of the present invention is a complex system for efficiently supplying heating and hot water by combining a solar thermal system and a geothermal heat source heat pump system. Since solar system can collect at low temperature, solar heat collection efficiency is increased, and solar heat is stored in the ground for a long time in the season such as summer when solar heat is not needed, Using as a heat source of the pump device increases the COP of the heat pump has the effect of saving energy.
또한, 지열열교환기용 축열관 또는 복합단일관을 활용하여 지중에 태양열을 축열하기 때문에 큰 용량의 태양열 장기 축열조 또는 계간축열장치를 별도로 설치하지 않아 비용이 절감되는 효과가 있다.
In addition, since the solar heat is thermally stored in the ground by using a heat storage tube or a composite single tube for the geothermal heat exchanger, there is an effect of reducing the cost by not separately installing a long-term solar heat storage tank or a quarterly heat storage device of large capacity.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 태양열 지중축열방식의 태양열겸용 히트펌프장치의 급탕 및 난방시스템을 나타낸 개략도이고,
도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 여름철 태양열 지중축열방식의 태양열겸용 히트펌프장치의 급탕 및 난방시스템을 나타낸 흐름도이고,
도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 겨울철 태양열 지중축열방식의 태양열겸용 히트펌프장치의 급탕 및 난방시스템을 나타낸 흐름도이고,
도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따른 태양열 지중축열방식의 태양열겸용 히트펌프장치의 급탕 및 난방시스템을 나타낸 개략도이고,
도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 여름철 태양열 지중축열방식의 태양열겸용 히트펌프장치의 급탕 및 난방시스템을 나타낸 흐름도이고,
도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 겨울철 태양열 지중축열방식의 태양열겸용 히트펌프장치의 급탕 및 난방시스템을 나타낸 흐름도이고,
도 7은 본 발명의 제 1,2실시예에 따른 축열관, 열원공급관 및 복합단일관을 나타낸 개략도이다.
1 is a schematic view showing a hot water supply and heating system of a solar combined heat pump according to the first embodiment of the present invention;
2 is a flowchart illustrating a hot water supply and heating system of a combined heat pump for solar thermal underground heat storage in summer according to a first embodiment of the present invention;
3 is a flowchart illustrating a hot water supply and heating system of a combined heat pump for solar thermal underground heat storage according to a first embodiment of the present invention;
Figure 4 is a schematic diagram showing the hot water supply and heating system of the combined solar heat heat pump apparatus of the solar thermal underground heat storage system according to a second embodiment of the present invention,
FIG. 5 is a flowchart illustrating a hot water supply and heating system of a combined heat pump for solar thermal underground heat storage in summer according to a second embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a hot water supply and heating system of a combined heat pump for solar thermal underground heat storage in winter according to a second embodiment of the present invention.
7 is a schematic view showing a heat storage tube, a heat source supply tube and a composite single tube according to the first and second embodiments of the present invention.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.The present invention has the following features to achieve the above object.
본 발명은 태양열의 온열 에너지를 집열하여 공급하는 태양열 집열장치와;The present invention provides a solar heat collecting device for collecting and supplying thermal energy of solar heat;
상기 태양열 집열장치와 연결되어 여름철에 사용하지 않는 태양열 집열장치의 온열 에너지를 지중에 축열하도록 지중에 형성되는 축열관과;A heat storage tube connected to the solar heat collecting device and formed in the ground to thermally store thermal energy of a solar heat collecting device not used in summer;
상기 축열관이 형성된 지중에 형성되어 히트펌프장치와 연결되고, 겨울철에 지중에 축열된 열원을 히트펌프장치에 전달하는 열원공급관과;A heat source supply pipe formed in the ground where the heat storage tube is formed and connected to a heat pump device, and configured to transfer the heat source accumulated in the ground to the heat pump device in winter;
상기 열원공급관과 연결되어 공급받은 지중의 열원을 열교환을 통해 사용처에 급탕 및 난방용 열원을 공급하는 히트펌프장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.And a heat pump device for supplying a heat source for supplying hot water and a heating source to a place of use through heat exchange of the ground heat source connected to the heat source supply pipe.
또한, 본 발명은 태양열의 온열 에너지를 집열하여 공급하는 태양열 집열장치와;In addition, the present invention provides a solar heat collecting device for collecting and supplying thermal energy of solar heat;
상기 태양열 집열장치와 연결되어 여름철에 사용하지 않는 태양열 집열장치의 온열 에너지를 지중에 축열하는 동시에 겨울철에 지중에 축열된 열원을 히트펌프장치에 전달하도록 일측에 분기관이 형성되어 히트펌프장치와 연결되는 복합단일관과;A branch pipe is formed at one side to connect the heat collector to the heat pump device to heat the heat energy of the solar heat collector which is not used in the summer in the ground and transfer the heat source accumulated in the ground to the heat pump device in the winter season. Compound single unit being;
상기 복합단일관과 연결되어 공급받은 지중의 열원을 열교환을 통해 사용처에 급탕 및 난방용 열원을 공급하는 히트펌프장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
And a heat pump device for supplying a heat source for hot water supply and heating to a place of use through heat exchange of the underground heat source supplied and connected to the composite single pipe.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.The present invention having such characteristics can be more clearly described by the preferred embodiments thereof.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.Before describing the various embodiments of the present invention in detail with reference to the accompanying drawings, it can be seen that the application is not limited to the details of the configuration and arrangement of the components described in the following detailed description or shown in the drawings. will be. The invention may be embodied and carried out in other embodiments and carried out in various ways. It should also be noted that the device or element orientation (e.g., "front," "back," "up," "down," "top," "bottom, Expressions and predicates used herein for terms such as "left," " right, "" lateral, " and the like are used merely to simplify the description of the present invention, Or that the element has to have a particular orientation. Also, terms such as " first "and" second "are used herein for the purpose of the description and the appended claims, and are not intended to indicate or imply their relative importance or purpose.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 태양열 지중축열방식의 태양열겸용 히트펌프장치의 급탕 및 난방시스템을 나타낸 개략도이고, 도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 여름철 태양열 지중축열방식의 태양열겸용 히트펌프장치의 급탕 및 난방시스템을 나타낸 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 겨울철 태양열 지중축열방식의 태양열겸용 히트펌프장치의 급탕 및 난방시스템을 나타낸 흐름도이다.1 is a schematic view showing a hot water supply and heating system of a solar combined heat heat pump according to the first embodiment of the present invention, the heat sink in the summer, according to the first embodiment of the present invention 3 is a flowchart illustrating a hot water supply and heating system of a combined heat pump and solar system, and FIG. 3 is a flow chart illustrating a hot water supply and heating system of a solar combined heat heat pump using a solar thermal underground heat storage system according to a first embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 태양열 지중축열방식의 태양열겸용 히트펌프장치의 급탕 및 난방시스템은 태양열 집열장치(10)와, 축열관(20)과, 열원공급관(30)과, 히트펌프장치(40)로 구성된다.As shown in Figures 1 to 3, the hot water supply and heating system of the combined solar heat pump system of the solar thermal underground heat storage system of the present invention is the solar heat collector 10, the heat storage tube 20, and the heat source supply pipe (30) And the heat pump device 40.
상기 태양열 집열장치(10)는 도 1에 도시한 바와 같이, 태양열의 온열 에너지를 집열하여 공급하도록 태양열 집열기(11)과, 태양열 열교환기(12)로 구성된다.As illustrated in FIG. 1, the solar heat collector 10 includes a solar heat collector 11 and a solar heat exchanger 12 to collect and supply thermal energy of solar heat.
여기서, 상기 태양열 집열기(11)는 태양열의 온열 에너지를 집열하는 장치로써, 내부에 물 등의 냉매에 열을 전달하고, 그 냉매가 관을 통해 열이 전달되는 것이다. 이때, 상기 태양열 집열기(11)의 구조는 일반적으로 공지되어 있기에 별도의 기술은 하지 않는다.Here, the solar collector 11 is a device for collecting thermal energy of solar heat, and transmits heat to a coolant such as water therein, and the coolant transmits heat through a pipe. At this time, since the structure of the solar collector 11 is generally known, no separate description is made.
그리고, 상기 태양열 열교환기(12)는 겨울철에 히트펌프장치(40)의 열원공급이 부족시, 사용처(60)에 열원을 공급하는 것으로써, 상기 태양열 열교환기(12)는 태양열 집열장치(10)의 온열 에너지와 사용처(60)의 공급수를 상호 열교환시켜 열원을 공급하는 것이다. (상세한 기술은 이하에서 설명한다.)The solar heat exchanger 12 supplies the heat source to the use place 60 when the heat source supply of the heat pump device 40 is insufficient in winter, so that the solar heat exchanger 12 is the solar heat collector 10. The heat energy is supplied by mutually heat-exchanging the thermal energy of) and the supply water of the use place 60. (Detailed description will be described below.)
상기 축열관(20)은 도 1에 도시한 바와 같이, 태양열 집열장치(10)의 태양열 집열기(11)와 연결되어 여름철에 사용하지 않는 태양열 집열장치(10)의 온열 에너지를 지중에 축열하도록 지중에 형성되는데 상기 축열관(20)에는 태양열 집열장치(10)의 온열 에너지를 이송시키기 위해 순환펌프가 설치된다.As shown in FIG. 1, the heat storage tube 20 is connected to the solar heat collector 11 of the solar heat collector 10 so that the thermal energy of the solar heat collector 10 that is not used in summer is stored underground. Is formed in the heat storage tube 20 is provided with a circulation pump for transferring the heat energy of the solar heat collector (10).
상기 열원공급관(30)은 도 1에 도시한 바와 같이, 축열관(20)이 형성된 지중에 형성되어 히트펌프장치(40)와 연결되고, 겨울철에 지중에 축열된 열원을 히트펌프장치(40)에 전달하는데, 상기 열원공급관(30)에는 축열된 열원을 히트펌프장치(40)에 이송하기 위한 순환펌프가 설치된다.As shown in FIG. 1, the heat source supply pipe 30 is formed in the ground where the heat storage tube 20 is formed and is connected to the heat pump device 40. The heat pump device 40 heats the heat source stored in the ground in winter. To transfer to, the heat source supply pipe 30 is provided with a circulation pump for transferring the heat storage heat source to the heat pump device (40).
상기 히트펌프장치(40)는 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 열원공급관(30)과 연결되어 공급받은 지중의 열원을 열교환을 통해 사용처(60)에 급탕 및 난방용 열원을 공급하도록 증발기(42)와, 압축기(41)와, 응축기(43)와, 팽창밸브(44)로 구성된다.As shown in FIG. 1, the heat pump device 40 is connected to the heat source supply pipe 30 and the evaporator 42 to supply a heat source for hot water supply and heating to the user 60 through heat exchange. And a compressor (41), a condenser (43), and an expansion valve (44).
여기서, 상기 증발기(42)는 열원공급관(30)과 연결되어 지중에 축열된 열원과 냉매가 열교환되어 냉매를 고온의 증기로 변환시킨다.Here, the evaporator 42 is connected to the heat source supply pipe 30 to heat exchange between the heat source accumulated in the ground and the refrigerant to convert the refrigerant into high temperature steam.
그리고, 상기 압축기(41)는 상기 증발기(42)와 연결되어 증발기(42)에서 열교환된 증기냉매를 압축을 통해 고온,고압의 냉매로 변환시키며, 상기 응축기(43)는 압축기(41)와 연결되어 고온,고압의 냉매를 사용처(60)의 공급수와 열교환함으로써, 사용처(60)에 급탕 및 난방용 열원을 공급한다.In addition, the compressor 41 is connected to the evaporator 42 to convert the vapor refrigerant heat exchanged in the evaporator 42 into a refrigerant of high temperature and high pressure through compression, and the condenser 43 is connected to the compressor 41. Thus, the high-temperature, high-pressure refrigerant is heat-exchanged with the supply water of the destination 60 to supply the heat source for hot water supply and heating to the destination 60.
또한, 상기 팽창밸브(44)는 상기 응축기(43)와 증발기(42)가 상호 연결되는 관에 설치되어 응축기(43)에서 응축된 냉매를 팽창시키는 역할을 한다.In addition, the expansion valve 44 is installed in the pipe in which the condenser 43 and the evaporator 42 are interconnected to serve to expand the refrigerant condensed in the condenser 43.
여기서, 상기 히트펌프장치(40)와 사용처(60) 사이에는 히트펌프장치(40)에서 공급되는 급탕 및 난방용 열원을 임시 저장하도록 버퍼탱크(50)가 형성되고, 상기 버퍼탱크(50)는 히트펌프장치(40)의 응축기(43)와 관으로 연결된다. 이때, 상기 버퍼탱크(50)는 사용처(60)와도 관으로 연결되어 상측을 통해 고온의 급탕 및 난방용 열원이 사용처에 공급되는 것이다.Here, a buffer tank 50 is formed between the heat pump device 40 and the use place 60 to temporarily store a hot water supply for heating and heating supplied from the heat pump device 40, and the buffer tank 50 is heated. It is connected to the condenser 43 of the pump device 40 by a pipe. At this time, the buffer tank 50 is also connected to the place of use (60) by the pipe is a high temperature hot water supply and heating heat source is supplied to the place of use through the upper side.
이하에서는 상기에서 기술한 태양열 지중축열방식의 태양열겸용 히트펌프장치의 급탕 및 난방시스템의 계절에 따른 제어방법을 도면2,3을 참고하여 설명한다.Hereinafter, the control method according to the season of the hot water supply and heating system of the combined solar heat heat pump apparatus of the above-described solar thermal heat storage type will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
우선, 여름철에는 도 2에 도시한 바와 같이, 태양열 집열장치(10)의 온열 에너지가 축열관(20)을 통해 지중에 장기 저장된다. 그래야만 태양열 집열장치(10)의 과열을 방지하는 동시에 지중의 지열을 확보할 수 있다.First, in summer, as shown in FIG. 2, the thermal energy of the solar heat collector 10 is stored for a long time in the ground through the heat storage tube 20. Only then can the geothermal heat of the ground be secured while preventing overheating of the solar heat collector 10.
그리고, 겨울철에는 도 3에 도시한 바와 같이, 열원공급관(30)을 통해 지중의 축열된 열원이 히트펌프장치(40)의 증발기(42)에 공급되고, 상기 증발기(42)에서 지중의 열원과 내부에 순환되는 냉매를 열교환시켜 지중의 열원을 흡수한 뒤, 압축기(41)에 공급함으로써, 히트펌프장치(40)의 COP를 높여 에너지가 절감된다.In winter, as shown in FIG. 3, the heat storage heat source in the ground is supplied to the evaporator 42 of the heat pump device 40 through the heat source supply pipe 30, and the heat source in the ground is transferred from the evaporator 42. By heat-exchanging the refrigerant circulated therein to absorb the heat source in the ground and supplying it to the compressor 41, the COP of the heat pump device 40 is increased to save energy.
그렇게, 상기 압축기(41)는 냉매를 고온, 고압으로 변환하여 응축기(43)에 전달하고, 상기 응축기(43)에서는 버퍼탱크(50) 내의 공급수와 열교환하여 냉매의 열원을 공급한다. 또한, 상기 버퍼탱크(50) 내에 응축기(43)의 열원을 공급받은 공급수는 사용처에 온수(급탕) 및 난방용으로 공급되는 것이다.As such, the compressor 41 converts the refrigerant into a high temperature and a high pressure, transfers the refrigerant to the condenser 43, and the condenser 43 exchanges heat with supply water in the buffer tank 50 to supply a heat source of the refrigerant. In addition, the supply water supplied with the heat source of the condenser 43 in the buffer tank 50 is supplied to hot water (hot water supply) and heating to the place of use.
이때, 상기 히트펌프장치(40)에 의해 급탕 및 난방용 열원이 부족할 시, 태양열 집열장치(10)의 태양열 열교환기(12)를 통해 버퍼탱크(50) 내에 태양열의 온열 에너지를 공급한다. 여기서, 상기 태양열 열교환기(12)는 태양열 집열기(11)와 버퍼탱크(50)와 연결되도록 태양열 집열장치(10)와 연결되는 축열관(20)에 분기관이 형성되어 태양열 열교환기(12)의 일측에 연결되고, 상기 히트펌프장치(40)의 응축기(43)와 버퍼탱크(50)가 상호 연결되는 관에 분기관이 형성되어 태양열 열교환기(12)의 타측에 연결되는 것이다. 이때, 상기 태양열 집열기(11)에서 이송된 온열 에너지는 태양열 열교환기(12)에 열원을 공급한 뒤, 축열관(20)을 통해 이송되다 지중을 거치지 않고, 축열관(20) 일단부에 분기된 관을 통해 바로 태양열 집열기(11)에 이송되는 구조로 형성된다.At this time, when the heat source for hot water supply and heating is insufficient by the heat pump device 40, the solar thermal heat exchanger 12 of the solar heat collector 10 supplies thermal energy of solar heat to the buffer tank 50. Here, the solar heat exchanger 12 has a branch pipe formed in the heat storage tube 20 connected to the solar heat collector 10 so that the solar heat exchanger 11 and the buffer tank 50 are connected to the solar heat exchanger 12. Is connected to one side of, the condenser 43 and the buffer tank 50 of the heat pump device 40 is formed with a branch pipe is connected to the other side of the solar heat exchanger (12). In this case, the thermal energy transferred from the solar heat collector 11 is supplied to the solar heat exchanger 12 and then transferred through the heat storage tube 20 and branched to one end of the heat storage tube 20 without passing through the ground. It is formed into a structure that is transferred directly to the solar collector 11 through the pipe.
그리고, 상기 분기되는 부위에는 삼방밸브(미도시)가 설치되어 제어부(미표현)에 의해 조건에 맞춰 삼방밸브 내에 냉매 이송의 개폐루트를 제어하는 것이다.
In addition, a three-way valve (not shown) is installed at the branched portion to control the opening and closing route of the refrigerant transfer in the three-way valve in accordance with the condition by the controller (not shown).
도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따른 태양열 지중축열방식의 태양열겸용 히트펌프장치의 급탕 및 난방시스템을 나타낸 개략도이고, 도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 여름철 태양열 지중축열방식의 태양열겸용 히트펌프장치의 급탕 및 난방시스템을 나타낸 흐름도이고, 도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 겨울철 태양열 지중축열방식의 태양열겸용 히트펌프장치의 급탕 및 난방시스템을 나타낸 흐름도이다.Figure 4 is a schematic diagram showing the hot water supply and heating system of the combined solar heat heat pump system according to the second embodiment of the present invention, Figure 5 is a summer solar thermal heat storage method according to a second embodiment of the present invention 6 is a flowchart illustrating a hot water supply and heating system of a solar combined heat pump device, and FIG. 6 is a flowchart illustrating a hot water supply and heating system of a solar combined heat heat pump using a solar thermal underground heat storage system according to a second embodiment of the present invention.
도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 태양열 지중축열방식의 태양열겸용 히트펌프장치의 급탕 및 난방시스템은 상기의 제 1실시예에서 기술한 것과 동일한 구조, 구성 및 제어방식이다. 다만, 상기 제 1실시예에서는 태양열 집열장치(10)의 온열 에너지를 지중에 축열하는 축열관(20)과, 축열된 지중 열원을 히트펌프장치(40)에 공급하는 열원공급관(30)이 각각 구성되어 있었다면, 제 2실시예에서는 상기 축열관(20)과 열원공급관(30)을 단일관으로 통합한 복합단일관(70)에 의해 태양열 집열장치(10)의 온열 에너지의 축열 및 히트펌프장치(40)에 열원공급을 동시에 할 수 있는 구조이다.As shown in Fig. 4 to Fig. 6, the hot water supply and heating system of the solar combined heat pump system of the solar thermal storage system of the present invention has the same structure, structure, and control method as described in the first embodiment. However, in the first embodiment, the heat storage tube 20 for accumulating the thermal energy of the solar heat collector 10 in the ground and the heat source supply pipe 30 for supplying the heat accumulating underground heat source to the heat pump device 40 are respectively. If configured, in the second embodiment, the heat storage and heat pump device of the heat energy of the solar heat collecting device 10 by the composite single pipe 70 in which the heat storage pipe 20 and the heat source supply pipe 30 are integrated into a single pipe. At 40, the heat source can be supplied at the same time.
상기 복합단일관(70)은 도 1에 도시한 바와 같이, 태양열 집열장치(10)의 태양열 집열기(11)와 연결되어 지중에 관통 형성되는데, 상기 복합단일관(70)이 히트펌프장치(40)의 증발기(42)와 연결되도록 일단부에 복합단일관(70)의 분기관(71)이 형성되어 연결된다.As shown in FIG. 1, the composite single pipe 70 is connected to the solar collector 11 of the solar heat collector 10 and is formed through the ground. The composite single pipe 70 is a heat pump device 40. Branches 71 of the compound single tube 70 is formed at one end to be connected to the evaporator 42 of the ().
이하에서는 상기에서 기술한 태양열 지중축열방식의 태양열겸용 히트펌프장치의 급탕 및 난방시스템의 계절에 따른 제어방법을 도면 5,6을 참고하여 설명한다.Hereinafter, the control method according to the season of the hot water supply and heating system of the combined solar thermal heat pump device of the solar underground heat storage method described above with reference to the drawings 5,6.
우선, 여름철에는 도 5에 도시한 바와 같이, 태양열 집열장치(10)의 온열 에너지가 복합단일관(70)을 통해 지중에 장기 저장된다. 그래야만 태양열 집열장치(10)의 과열을 방지하는 동시에 지중의 지열을 확보할 수 있다.First, in summer, as shown in FIG. 5, the thermal energy of the solar heat collector 10 is stored for a long time in the ground through the composite single pipe 70. Only then can the geothermal heat of the ground be secured while preventing overheating of the solar heat collector 10.
그리고, 겨울철에는 도 6에 도시한 바와 같이, 복합단일관(70)을 통해 지중의 축열된 열원이 히트펌프장치(40)의 증발기(42)에 공급되고, 상기 증발기(42)에서 지중의 열원과 내부에 순환되는 냉매를 열교환시켜 지중의 열원을 흡수한 뒤, 압축기(41)에 공급함으로써, 히트펌프장치(40)의 COP를 높여 에너지가 절감된다. 이때, 상기 복합단일관(70)을 통해 태양열 집열장치(10)의 온열 에너지는 지중에 축열되지 않고, 태양열 열교환기(12) 측으로 이송되는 것이다.In winter, as shown in FIG. 6, the heat storage heat source in the ground is supplied to the evaporator 42 of the heat pump device 40 through the composite single pipe 70, and the heat source in the ground in the evaporator 42. The refrigerant circulated in the inside and the heat is absorbed to absorb the heat source in the ground, and then supplied to the compressor 41, thereby increasing the COP of the heat pump device 40 to save energy. At this time, the thermal energy of the solar heat collecting device 10 through the composite single pipe 70 is not stored in the ground, but is transferred to the solar heat exchanger 12 side.
또한, 다른 제어방법, 방식은 제 1실시예에서 기술한 것과 동일하기에 별도의 기술은 하지 않는다.
In addition, other control methods and methods are the same as those described in the first embodiment, and no separate description is made.
도 7은 본 발명의 제 1,2실시예에 따른 축열관, 열원공급관 및 복합단일관을 나타낸 개략도이다.7 is a schematic view showing a heat storage tube, a heat source supply tube and a composite single tube according to the first and second embodiments of the present invention.
도 7에 도시한 바와 같이, 상기 축열관(20), 열원공급관(30) 및 복합단일관(70)은 지중 상태에 따라 형태가 변형되는데, 먼저 지중의 상태가 암반층일 경우, 도면에서처럼 "U" 형태로 형성되어 내부에 이송되는 냉매가 직접 지중의 암반층에 접촉하지 않는 것이다.As shown in FIG. 7, the heat storage tube 20, the heat source supply tube 30, and the composite single tube 70 are deformed according to the ground state. In the case where the ground state is the rock layer, as shown in FIG. "The coolant that is formed in the shape and conveyed inside does not directly contact the rock layer in the ground.
그리고, 지중 상태가 대수층일 경우, 도면에서처럼 "11" 형태로 형성되어 냉매가 대수층에 직접 접촉 전달되어 대수층을 가열하고, 상기 대수층의 냉매를 직접 사용하는 것이다.
And, if the underground state is an aquifer, it is formed in the form of "11" as shown in the figure, the refrigerant is directly contacted and transferred to the aquifer to heat the aquifer, and use the refrigerant in the aquifer.
10 : 태양열 집열장치 11 : 태양열 집열기
12 : 태양열 열교환기 20 : 축열관
30 : 열원공급관 40 : 히트펌프장치
41 : 압축기 42 : 증발기
43 : 응축기 44 : 팽창밸브
50 : 버퍼탱크 60 : 사용처
70 : 복합단일관 71 : 분기관
10 solar collector 11 solar collector
12 solar heat exchanger 20 heat storage tube
30: heat source supply pipe 40: heat pump device
41 compressor 42 evaporator
43 condenser 44 expansion valve
50: buffer tank 60: where to use
70: composite single pipe 71: branch pipe

Claims (7)

  1. 태양열의 온열 에너지를 집열하여 공급하는 태양열 집열장치(10)와;
    상기 태양열 집열장치(10)와 연결되어 여름철에 사용하지 않는 태양열 집열장치(10)의 온열 에너지를 지중에 축열하도록 지중에 형성되는 축열관(20)과;
    상기 축열관(20)이 형성된 지중에 형성되어 히트펌프장치(40)와 연결되고, 겨울철에 지중에 축열된 열원을 히트펌프장치(40)에 전달하는 열원공급관(30)과;
    상기 열원공급관(30)과 연결되어 공급받은 지중의 열원을 열교환을 통해 사용처에 급탕 및 난방용 열원을 공급하는 히트펌프장치(40);를 포함하여 구성되고,
    상기 히트펌프장치(40)와 사용처(60) 사이에는 히트펌프장치(40)에서 공급되는 급탕 및 난방용 열원을 임시 저장하도록 버퍼탱크(50)가 형성되며,
    상기 히트펌프장치(40)는, 상기 열원공급관(30)과 연결되어 지중에 축열된 열원과 냉매가 열교환되는 증발기(42)와;
    상기 증발기(42)와 연결되어 증발기(42)에서 열교환된 증기냉매를 고온,고압으로 압축하는 압축기(41)와;
    상기 압축기(41)와 연결되어 고온,고압의 냉매를 사용처(60)의 공급수와 열교환하여 사용처(60)에 급탕 및 난방용 열원을 공급하는 응축기(43)와;
    상기 응축기(43)와 증발기(42)가 상호 연결되는 관에 설치되어 응축기(43)에서 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(44);를 포함하여 구성되고,
    상기 태양열 집열장치(10)는 겨울철에 히트펌프장치(40)의 열원공급이 부족시, 사용처(60)에 열원을 공급하도록 태양열 열교환기(12)가 더 설치되고, 상기 태양열 열교환기(12)는 태양열 집열장치(10)의 온열 에너지와 사용처(60)의 공급수를 상호 열교환시켜 열원을 공급하며,
    상기 축열관(20), 열원공급관(30) 및 복합단일관(70)은 지중 상태가 암반층일 경우, "U" 형태로 형성되고, 지중 상태가 대수층일 경우, "11" 형태로 형성되어 열원이 대수층에 직접 전달되는 것을 특징으로 하는 태양열 지중축열방식의 태양열겸용 히트펌프장치의 급탕 및 난방시스템.
    A solar heat collector 10 for collecting and supplying thermal energy of solar heat;
    A heat storage tube 20 connected to the solar heat collector 10 and formed in the ground to thermally store thermal energy of the solar heat collector 10 which is not used in summer;
    A heat source supply pipe (30) formed in the ground where the heat storage tube (20) is formed and connected to the heat pump device (40) and transferring the heat source stored in the ground to the heat pump device (40) in winter;
    And a heat pump device (40) for supplying a heat source for hot water supply and heating to the place of use through heat exchange of the ground heat source connected to the heat source supply pipe (30).
    A buffer tank 50 is formed between the heat pump device 40 and the use place 60 so as to temporarily store a heat source for hot water supply and heating supplied from the heat pump device 40,
    The heat pump device 40 includes an evaporator 42 connected to the heat source supply pipe 30 to heat exchange the heat source and the refrigerant accumulated in the ground;
    A compressor (41) connected to the evaporator (42) to compress the vapor refrigerant heat-exchanged in the evaporator (42) at high temperature and high pressure;
    A condenser (43) connected to the compressor (41) for supplying heat sources for hot water supply and heating to the user (60) by heat-exchanging high-temperature, high-pressure refrigerant with the supply water at the user (60);
    And an expansion valve (44) installed in the pipe in which the condenser (43) and the evaporator (42) are interconnected to expand the refrigerant condensed in the condenser (43).
    The solar heat collector 10 is a solar heat exchanger 12 is further installed to supply a heat source to the user 60 when the heat source supply of the heat pump device 40 is insufficient in winter, the solar heat exchanger 12 Supplies heat source by mutually heat-exchanging the heat energy of the solar heat collector 10 and the supply water of the use place 60,
    The heat storage tube 20, the heat source supply pipe 30 and the composite single pipe 70 is formed in a "U" shape when the underground state is a rock layer, and formed in a "11" form when the underground state is an aquifer layer, the heat source Hot water supply and heating system of a solar thermal heat pump device of the solar underground heat storage method, characterized in that it is directly transmitted to the aquifer.
  2. 태양열의 온열 에너지를 집열하여 공급하는 태양열 집열장치(10)와;
    상기 태양열 집열장치(10)와 연결되어 여름철에 사용하지 않는 태양열 집열장치(10)의 온열 에너지를 지중에 축열하는 동시에 겨울철에 지중에 축열된 열원을 히트펌프장치(40)에 전달하도록 일측에 분기관(71)이 형성되어 히트펌프장치(40)와 연결되는 복합단일관(70)과;
    상기 복합단일관(70)과 연결되어 공급받은 지중의 열원을 열교환을 통해 사용처에 급탕 및 난방용 열원을 공급하는 히트펌프장치(40);를 포함하여 구성되고,
    상기 히트펌프장치(40)와 사용처(60) 사이에는 히트펌프장치(40)에서 공급되는 급탕 및 난방용 열원을 임시 저장하도록 버퍼탱크(50)가 형성되며,
    상기 히트펌프장치(40)는, 상기 복합단일관(70)과 연결되어 지중에 축열된 열원과 냉매가 열교환되는 증발기(42)와;
    상기 증발기(42)와 연결되어 증발기(42)에서 열교환된 증기냉매를 고온,고압으로 압축하는 압축기(41)와;
    상기 압축기(41)와 연결되어 고온,고압의 냉매를 사용처(60)의 공급수와 열교환하여 사용처에 급탕 및 난방용 열원을 공급하는 응축기(43)와;
    상기 응축기(43)와 증발기(42)가 상호 연결되는 관에 설치되어 응축기(43)에서 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(44);를 포함하여 구성되고,
    상기 태양열 집열장치(10)는 겨울철에 히트펌프장치(40)의 열원공급이 부족시, 사용처(60)에 열원을 공급하도록 태양열 열교환기(12)가 더 설치되고, 상기 태양열 열교환기(12)는 태양열 집열장치(10)의 온열 에너지와 사용처(60)의 공급수를 상호 열교환시켜 열원을 공급하며,
    상기 복합단일관(70)은 지중 상태가 암반층일 경우, "U" 형태로 형성되고, 지중 상태가 대수층일 경우, "11" 형태로 형성되어 열원이 대수층에 직접 전달되는 것을 특징으로 하는 태양열 지중축열방식의 태양열겸용 히트펌프장치의 급탕 및 난방시스템.
    A solar heat collector 10 for collecting and supplying thermal energy of solar heat;
    It is connected to the solar heat collector 10 to store heat energy of the solar heat collector 10 which is not used in the summer in the ground and at the same time to transfer the heat source stored in the ground in the winter to the heat pump device 40. An engine 71 is formed and the composite single pipe 70 is connected to the heat pump device 40;
    And a heat pump device 40 for supplying a heat source for hot water supply and heating to a place of use through heat exchange of the ground heat source connected to the composite single pipe 70 and supplied.
    A buffer tank 50 is formed between the heat pump device 40 and the use place 60 so as to temporarily store a heat source for hot water supply and heating supplied from the heat pump device 40,
    The heat pump device 40 includes an evaporator 42 connected to the composite single pipe 70 and configured to heat-exchange heat sources and refrigerants accumulated in the ground;
    A compressor (41) connected to the evaporator (42) to compress the vapor refrigerant heat-exchanged in the evaporator (42) at high temperature and high pressure;
    A condenser (43) connected to the compressor (41) for supplying heat sources for hot water supply and heating by exchanging high-temperature and high-pressure refrigerant with supply water at the use place (60);
    And an expansion valve (44) installed in the pipe in which the condenser (43) and the evaporator (42) are interconnected to expand the refrigerant condensed in the condenser (43).
    The solar heat collector 10 is a solar heat exchanger 12 is further installed to supply a heat source to the user 60 when the heat source supply of the heat pump device 40 is insufficient in winter, the solar heat exchanger 12 Supplies heat source by mutually heat-exchanging the heat energy of the solar heat collector 10 and the supply water of the use place 60,
    The composite single tube 70 is formed in the form of "U" when the ground state is a rock layer, and formed in the form of "11" when the ground state is an aquifer, so that the heat source is directly transmitted to the aquifer. Hot water supply and heating system of heat storage combined use heat pump system.
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