KR101370276B1

KR101370276B1 - 히트펌프 시스템

Info

Publication number: KR101370276B1
Application number: KR1020120122923A
Authority: KR
Inventors: 박창현; 이성주
Original assignee: 주식회사 이너지테크놀러지스; 주식회사 티이애플리케이션
Priority date: 2012-11-01
Filing date: 2012-11-01
Publication date: 2014-03-06

Abstract

본 발명은, 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 압축기, 방향전환밸브, 부하측 열교환기, 팽창장치 및 열원측 열교환기를 냉매가 순환하도록 형성된 냉매배관을 구비하는 히트펌프와, 상기 히트펌프의 열원측 열교환기에서 상기 냉매와 열교환한 열원측 2차유체가 열원으로 흐르도록 형성되는 열원배관을 구비하는 열원유닛과, 복수의 부하 각각에 대해서 부하측 2차유체가 흐르도록 형성되는 부하배관을 구비하는 복수의 부하유닛과, 상기 히트펌프의 부하측 열교환기로부터 나온 부하측 2차유체를 상기 복수의 부하유닛 각각의 부하배관에 선택적으로 공급하고, 상기 복수의 부하유닛 각각의 부하배관으로부터 환수되는 부하측 2차유체를 상기 히트펌프의 부하측 열교환기로 선택적으로 유입하는 흐름전환유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 구성에 의해서 본 발명은 서로 다른 운전을 동시에 요구하는 부하에 대해서 용이하게 대응할 수 있는 효과를 가진다.

Description

히트펌프 시스템{Heat Pump System}

본 발명은 건물 등에 냉방 및 난방을 행하는 히트펌프 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 동시에 복수의 부하에 대해서 대응할 수 있는 히트펌프 시스템에 관한 것이다.

히트펌프 시스템은, 열원과 열교환하는 히트펌프를 이용하여 건물 등의 부하에 대해서 냉방 및 난방을 행하는 공기조화시스템이다. 히트펌프 시스템은 냉방 시에는 건물 내의 열을 열원에 방출하고, 난방 시에는 열원으로 열을 흡수하여 건물 내로 공급함으로써 냉방 및 난방 운전을 선택적으로 행하게 된다.

구체적으로 도 1은 종래 히트펌프 시스템을 도시한 것이다. 도 1에 도시한 것과 같이 종래의 히트펌프 시스템은, 냉매가 순환하는 히트펌프(10), 히트펌프(10)와 부하(30) 사이를 순환하는 부하측 2차유체가 흐르는 부하 배관(L30), 히트펌프(10)와 열원(20) 사이를 순환하는 열원측 2차유체가 흐르는 열원배관(L20)으로 구성된다. 부하배관(L30) 및 열원배관(L20)에는 각각 부하순환펌프(31) 및 열원순환펌프(21)가 각각 설치된다. 또한 부하배관(L30)에는 부하측 2차유체를 저장시키는 축열조(32)가 설치될 수 있다.

히트펌프(10)는 냉매를 압축하는 압축기(11), 냉매의 순환방향을 전환시키는 방향전환밸브(12), 냉매가 부하측 2차유체와 열교환하는 부하측 열교환기(13), 냉매를 팽창시키는 팽창장치(14), 및 냉매가 열원측 2차유체와 열교환하는 열원측 열교환기(15)를 구비하며, 이들 구성은 냉매배관(L10)을 통해서 연결되어 있다. 종래의 히트펌프시스템은 부하(30)에서 냉방 또는 난방이 요구되는 경우, 히트펌프(10)는 냉매의 순환방향을 전환시킴으로써 열원측 열교환기(15)에서의 냉매와 열원측 2차유체의 열교환 방향 및 부하측 열교환기(13)에서의 냉매와 부하측 2차유체의 열교환 방향이 전환되도록 한다.

즉, 부하(30)에서 난방이 요구되는 경우 부하측 열교환기(13)가 응축기로서 작용을 하고, 열원측 열교환기(15)가 압축기로서 작용을 하도록 냉매를 순환시키며, 냉방이 요구되는 경우 열원측 열교환기(15)가 응축기로서 역할을 하고, 부하측 열교환기(13)가 증발기로서 작용을 하도록 냉매를 순환시킨다. 이때 부하측 열교환기(13)에서 열교환된 부하측 2차유체는 난방시 온도가 상승되어 온수가 되고, 냉방시 온도가 하강하여 냉수가 된다.

이러한 종래의 히트펌프 시스템은 부하(20)에서 냉방 및 난방이 요구되는 경우 히트펌프(10)의 방향전환밸브(11)를 사용하여 냉매의 순환방향을 전환시켜서 위 요구에 대응하였다. 즉, 냉방 및 난방이 각각 요구되는 경우에는 대응할 수 있으나, 냉방 및 난방이 동시에 요구되는 경우에 대응할 수 없는 문제점이 있었다. 그 결과, 환절기에 동일한 건물에 거주하는 사람에 따라서는 부하별로 냉방을 요구하기도 하고 난방을 요구하는 경우 효율적으로 대응할 수 없었다.

또한, 리조트나 골프장 등 공용의 사워시설을 갖춘 곳에서는 냉방 및 난방을 요구하면서도 급탕을 요구하는 경우가 발생하는데 종래의 히트펌프 시스템은 이러한 요구에 효율적으로 대응할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 종래 히트펌프 시스템의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 서로 다른 운전을 요구하는 복수의 부하에 대해서 동시에 대응할 수 있는 히트펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 압축기, 방향전환밸브, 부하측 열교환기, 팽창장치 및 열원측 열교환기를 냉매가 순환하도록 형성된 냉매배관을 구비하는 히트펌프와, 상기 히트펌프의 열원측 열교환기에서 상기 냉매와 열교환한 열원측 2차유체가 열원으로 흐르도록 형성되는 열원배관을 구비하는 열원유닛과, 복수의 부하 각각에 대해서 부하측 2차유체가 흐르도록 형성되는 부하배관을 구비하는 복수의 부하유닛과, 상기 히트펌프의 부하측 열교환기로부터 나온 부하측 2차유체를 상기 복수의 부하유닛 각각의 부하배관에 선택적으로 공급하고, 상기 복수의 부하유닛 각각의 부하배관으로부터 환수되는 부하측 2차유체를 상기 히트펌프의 부하측 열교환기로 선택적으로 유입하는 흐름전환유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 압축기, 방향전환밸브, 부하측 열교환기, 팽창장치 및 열원측 열교환기를 냉매가 순환하도록 형성된 냉매배관을 각각 구비하는 복수의 히트펌프와, 상기 복수의 히트펌프의 열원측 열교환기에서 상기 냉매와 열교환한 열원측 2차유체가 열원으로 흐르도록 형성되는 열원배관을 구비하는 열원유닛과, 복수의 부하 각각에 대해서 부하측 2차유체가 흐르도록 형성되는 부하배관을 구비하는 복수의 부하유닛과, 상기 복수의 히트펌프 각각의 부하측 열교환기로부터 나온 부하측 2차유체를 상기 복수의 부하유닛 각각의 부하배관에 선택적으로 공급하고, 상기 복수의 부하유닛 각각의 부하배관으로부터 환수되는 부하측 2차유체를 상기 복수의 히트펌프 각각의 부하측 열교환기로 선택적으로 유입하는 흐름전환유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성을 가지는 본 발명은, 서로 다른 운전을 동시에 요구하는 복수의 부하에 대해서 용이하게 대응할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 종래의 히트펌프 시스템을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따르는 히트펌프 시스템의 제1 실시형태를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 따르는 히트펌프 시스템의 제1 실시형태의 동작을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 따르는 히트펌프 시스템의 제2 실시형태를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 따르는 히트펌프 시스템의 제3 실시형태를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명에 따르는 히트펌프 시스템의 제3 실시형태의 동작을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명에 따르는 히트펌프 시스템의 제3 실시형태의 동작을 나타내는 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따르는 히트펌프 시스템에 대해서 상세하게 설명한다.

< 제1 실시형태 >

도 2를 참조하면, 본 발명에 따르는 히트펌프 시스템의 제1 실시형태는, 히트펌프(100), 열원유닛(200), 부하유닛(300) 및 흐름전환유닛(400)을 구비한다.

히트펌프(100)는 종래와 같이 압축기(110), 방향전환밸브(120), 부하측 열교환기(130), 팽창장치(140) 및 열원측 열교환기(150)를 구비하며, 이들 구성을 통과하는 냉매가 흐르는 냉매배관(L100)을 구비한다. 이러한 구성에 의해서 히트펌프(100)는 방향전환밸브(120)를 제어하어 냉매의 순환방향을 전환시켜, 난방시 부하측 열교환기(130)를 응축기로서 작동하도록 하고(이하, 히트펌프의'가열운전'이라 함), 난방시 부하측 열교환기(130)를 증발기로서 작동하도록 한다(이하, 히트펌프의 '냉각운전'이라고 함).

열원유닛(200)은 히트펌프(100)의 열원측 열교환기(150)에서 냉매와 열교환한 열원측 2차유체를 열원(210)과 열교환시킨다. 이를 위해서 열원측 2차유체를 열원측 열교환기(150)와 열원(210)을 순환하도록 하는 열원배관(L200)이 마련되며, 열원배관(L200)에는 열원측 순환펌프(230)가 설치되어 있다. 열원으로서는 지열, 공기열, 해수열 등 다양하게 사용될 수 있다.

부하유닛(300)은 제1 실시형태는 하나의 히트펌프(100)가 복수의 부하(310)에 대응되는 경우이며, 설명의 편의상 도 2에서는 하나의 히트펌프(100)가 2개의 제1 부하(310a) 및 제2 부하(310b)에 대응되는 경우를 대표로 하여 설명한다.

도 2에 도시된 것과 같이, 제1 부하(310a) 및 제2 부하(310b)는 각각 2개의 제1 부하유닛(300a) 및 제2 부하유닛(300b)에 연결된다. 제1 부하유닛(300a) 및 제2 부하유닛(300b) 각각은 부하측 2차유체가 제1 부하(301a) 및 제2 부하(310b)와 히트펌프(100)의 부하측 열교환기(130) 사이를 순환하도록 형성된 제1 및 제2 부하배관(L300 : L300a, L300b)을 구비한다.

제1 부하유닛(300a) 및 제2 부하유닛(300b)은 제1 부하배관(L300a) 및 제2 부하배관(L300b)에 각각 설치되는 제1 및 제2 축열조(302: 302a, 320b)를 구비하여 부하측 2차유체를 저장한다.

또한 제1 부하유닛(300a) 및 제2 부하유닛(300b) 각각은 제1 부하배관(L300a) 및 제2 부하배관(L300b)에 부하측 2차유체를 순환시키기 위한 제1 및 제2 부하측 순환펌프(330: 330a, 330b)를 구비한다.

위 제1 및 제2 부하(310a, 310b)는 서로 동일한 운전모드를 요구하거나 서로 다른 운전모드를 요구할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 부하(310a, 310b) 모두 난방을 요구하거나 냉방을 요구할 수 있으며, 또는 제1 부하(310a)는 난방을 요구하는 것에 반해 제2 부하(310b)는 냉방을 요구할 수 있다.

흐름전환유닛(400)은 히트펌프(100)의 부하측 열교환기(130)로부터 나온 부하측 2차유체를, 제1 및 제2 부하배관(L300a, L300b) 각각에 선택적으로 공급하고, 제1 및 제2 부하배관(L300a, L300b) 각각으로부터 환수되는 부하측 2차유체를 선택적으로 히트펌프(100)의 부하측 열교환기(130)로 유입한다.

구체적으로, 흐름전환유닛(400)은 히트펌프(100)의 부하측 열교환기(130)에 연결되는 공통공급배관(410)을 구비하며, 공통공급배관(410)으로부터 분기되어 제1 부하배관(L300a)의 공급측 및 제2 부하배관(L300b)의 공급측에 각각 연결되는 공급분기배관(420)을 구비한다. 또한 흐름전환유닛(400)은 히트펌프(100)의 부하측 열교환기(130)에 연결되는 공통환수배관(430)을 구비하며, 공통환수배관(430)으로부터 분기되어 제1 부하배관(L300a)의 환수측 및 제2 부하배관(L300b)의 환수측에 각각 연결되는 환수분기배관(440)을 구비한다.

또한, 공급분기배관(420)에는 부하측 2차유체의 제1 부하배관(L300a)으로의 흐름을 제어하기 위한 제어밸브(421a)가 설치되며, 부하측 2차유체의 제2 부하배관(L300b)로의 흐름을 제어하기 위한 제어밸브(421b)가 설치된다. 또한 환수분기배관(440)에는 부하측 2차유체의 제1 부하배관(L300a)으로부터의 흐름을 제어하기 위한 제어밸브(441a)가 설치되며, 부하측 2차유체의 제2 부하배관(L300b)으로부터의 흐름을 제어하기 위한 제어밸브(441b)가 설치된다. 여기서 제1 부하배관(L300a)으로의 흐름을 제어하기 위해서 공급분기배관(420) 및 환수분기배관(440) 모두에 제어밸브(421a) 및 제어밸브(441a)를 설치하였으나 이 중 하나만 설치해도 된다. 또한, 제2 부하배관(L300b)으로의 흐름을 제어하기 위해서 공급분기배관(420) 및 환수분기배관(440) 모두에 제어밸브(421b) 및 제어밸브(441b)를 설치하였으나 이 중 하나만 설치해도 된다. 또한 위 설명한 제어밸브(421a), 제어밸브(441a), 제어밸브(421b) 및 제어밸브(441b)는 특허청구범위에서 설명하는 제1 제어밸브에 해당한다.

흐름전환유닛(400)이 이와 같은 구성을 가짐으로 인해서, 히트펌프(100)의 부하측 열교환기(130)로부터 나온 부하측 2차유체가 제1 부하유닛(300a) 또는 제2 부하유닛(300b)로 선택적으로 공급될 수 있으며, 또한 제1 부하유닛(300a) 또는 제2 부하유닛(300b)로부터 선택적으로 환수될 수 있다.

이하 도 3을 참조하여 제1 실시형태에 따르는 히트펌프 시스템의 동작에 대해서 설명한다. 도 3은 제1 부하(310a)에 대해서 냉방을 제공하던 중에 제2 부하(310b)에서 난방이 요구되는 경우에 대한 것이다.

먼저, 제1 부하(310a)에 대해서 냉방을 제공하는 경우 히트펌프(100)는 냉각운전을 행한다. 이때 히트펌프(100)의 부하측 열교환기(130)를 통과한 부하측 2차유체는 냉각되어 제1 부하유닛(300a)의 축열조(320a)에 저장되며, 저장된 부하측 2차유체는 제1 부하(310a)에 제공되어 제1 부하(310a)에 냉방을 제공한다.

이러한 제1 부하(310a)에 대해서 냉방운전을 행하던 중, 제2 부하(320b)에서 난방이 요구되는 경우 히트펌프(100)는 냉매의 순환방향을 바꾸어 가열운전을 하게 된다. 구체적으로 도 3에 도시된 것과 같이 압축기(110)에서 압축된 냉매가 부하측 열교환기(130)로 유입되어 부하측 열교환기(130)에서 응축되도록 한다.

이때 흐름전환수단(400)은 제어밸브(421a, 441a)를 닫고, 제어밸브(421b, 442b)를 열어 부하측 2차유체가 제1 부하유닛(300a)으로는 흐르지 않게 하고 제2 부하유닛(300b)으로만 흐르게 한다.

이로 인해서 부하측 열교환기(130)에서 열교환하여 고온이 된 부하측 2차유체는 공통공급배관(410) 및 공급분기배관(420)을 거쳐 제2 부하유닛(300b)로 들어가 제2 부하배관(L300b)을 통해서 제2 축열조(320b)에 저장된다. 이 저장된 고온의 부하측 2차유체는 다시 제2 부하(310b)로 보내져 난방에 사용된다. 제2 부하유닛(300b)로부터 나온 부하측 2차유체는 다시 환수분기배관(430) 및 공통환수배관(440)을 거쳐 히트펌프(100)의 부하측 열교환기(130)로 유입된다.

이때, 제1 부하유닛(300a)에서는 제1 축열조(320a)에 저장된 저온의 부하측 2차유체를 이용하여 제1 부하(310a)에 대해서 계속적으로 냉방을 제공할 수 있다.

이와 같이, 제1 실시형태에 따르는 히트펌프 시스템은, 복수의 부하 중 하나의 부하에 대해서 냉방을 행하는 중에 다른 부하에서 냉방과는 성격이 다른 난방(또는 급탕)을 요구하는 경우, 히트펌프(100)를 냉각운전에서 가열운전으로 바꾸고 흐름전환유닛(400)을 사용하여 부하측 2차유체를 다른 부하로 흐르게 함으로써 원활하게 대응할 수 있게 된다. 즉, 제1 실시형태에 따르는 히트펌프 시스템은, 서로 다른 부하에서 다른 운전을 요구하는 경우 하나의 히트펌프만으로 용이하게 대응할 수 있다.

< 제2 실시형태 >

도 4는 본 발명에 따르는 히트펌프 시스템의 제2 실시형태를 나타내는 도면이다. 설명의 편의상 제1 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략하고 제1 실시형태와 차이를 가지는 구성을 중심으로 하여 설명한다.

제2 실시형태에 따르는 히트펌프 시스템은 제1 실시형태와 대비하여 볼 때, 제1 부하유닛(300a)에 설치되는 제1 부하측 순환펌프(330a) 및 제2 부하유닛(300b)에 설치되는 제2 부하측 순환펌프(330b)를 구비하지 않으며, 대신에 흐름전환유닛(400')의 공통환수배관(430)에 공통의 부하측 순환펌프(340)가 설치되어 있다.

이 공통의 부하측 순환펌프(340)는 공통환수배관(430)에 설치되어 있기 때문에 부하측 2차유체를 제1 부하유닛(300a)로 보낼 수 있으며, 제2 부하유닛(300b)로도 보낼 수 있다. 따라서 제1 실시형태와 대비하여 순환펌프의 수를 줄일 수 있기 때문에 비용 및 에너지 측면에서 효과적이다.

제2 실시형태에서는 부하측 순환펌프(340)가 공통환수배관(430)에 설치되는 것에 대해서 설명하였으나, 공통공급배관(410)에 설치하는 경우에도 동일한 작용을 할 수 있다.

< 제3 실시형태 >

이하 도 5 내지 도 7을 참조하여 제3 실시형태에 따르는 히트펌프 시스템에 대해서 설명한다. 설명의 편의상 제1 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 그 설명을 생략한다. 제3 실시형태의 히트펌프 시스템은 복수개의 히트펌프가 복수개의 부하에 대응하는 것이라는 점에서 제1 실시형태와 차이가 있다. 도 5 내지 도 7은 대표적으로 2개의 히트펌프가 2개의 부하에 대응하는 것에 대해서 설명한다.

구체적으로, 도 5에 도시된 것과 같이 제1 히트펌프(100a) 및 제2 히트펌프(100b)가 흐름전환유닛(400")을 통해서 제1 부하유닛(300a) 및 제2 부하유닛(300b)에 연결된다.

제1 히트펌프(100a)는 제1 압축기(110a), 제1 방향전환밸브(120a), 제1 부하측 열교환기(130a), 제1 팽창장치(140a) 및 제1 열원측 열교환기(150a)를 구비하며, 이들 구성을 통과하는 냉매가 흐르는 제1 냉매배관(L100a)을 구비한다. 제2 히트펌프(100b)는 제2 압축기(110b), 제2 방향전환밸브(120b), 제2 부하측 열교환기(130b), 제2 팽창장치(140b) 및 제2 열원측 열교환기(150b)를 구비하며, 이들 구성을 통과하는 냉매가 흐르는 제2 냉매배관(L100b)을 구비한다.

열원유닛(200')은, 열원(210)과 열교환한 열원측 2차유체가 제1 히트펌프(100a)의 열원측 열교환기(150a) 및 제2 히트펌프(100b)의 열원측 열교환기(150b)로 분기되어 들어가고, 제1 히트펌프(100a)의 열원측 열교환기(150a) 및 제2 히트펌프(100b)의 열원측 열교환기(150b)에서 열교환하고 나온 후에 다시 합류하여 열원(210)으로 유입되도록 하는 열원배관(L200')을 구비한다.

제1 부하유닛(300a) 및 제2 부하유닛(300b)은 제1 실시형태와 동일한 구성을 가지고 있으므로 자세한 설명은 생략한다.

흐름전환유닛(400")은 제1 및 제2 히트펌프(100a, 100b)의 제1 및 제2 부하측 열교환기(130a, 130b)로부터 나온 부하측 2차유체를, 제1 및 제2 부하배관(L300a, L300b) 각각에 선택적으로 공급하고, 제1 및 제2 부하배관(L300a, L300b) 각각으로부터 환수되는 부하측 2차유체를 제1 및 제2 히트펌프(100a, 100b)의 제1 및 제2 부하측 열교환기(130a, 130b)로 유입한다.

구체적으로, 흐름전환유닛(400")은 제1 히트펌프(100a)의 제1 부하측 열교환기(130a)에 연결되는 제1 공통공급배관(410a)을 구비하며, 제1 공통공급배관(410a)으로부터 분기되어 제1 부하배관(L300a)의 공급측 및 제2 부하배관(L300b)의 공급측에 각각 연결되는 공급분기배관(420)을 구비한다. 또한 흐름전환유닛(400")은 제1 히트펌프(100a)의 제1 부하측 열교환기(130a)에 연결되는 제1 공통환수배관(430a)을 구비하며, 제1 공통환수배관(430a)으로부터 분기되어 제1 부하배관(L300a)의 환수측 및 제2 부하배관(L300b)의 환수측에 각각 연결되는 환수분기배관(440)을 구비한다.

또한, 흐름전환유닛(400")은 제2 히트펌프(100b)의 제2 부하측 열교환기(130b)에 연결되는 제2 공통공급배관(410b)을 구비한다. 이 제2 공통공급배관(410b)은 공급분기배관(420)을 통해서 제1 부하배관(L300a)의 공급측 및 제2 부하배관(L300b)의 공급측에 각각 연결된다. 또한 흐름전환유닛(400")은 제2 히트펌프(100b)의 제2 부하측 열교환기(130b)에 연결되는 제2 공통환수배관(430b)을 구비한다. 이 제2 공통환수배관(430b)은 환수분기배관(440)을 통해서 제1 부하배관(L300a)의 환수측 및 제2 부하배관(L300b)의 환수측에 각각 연결된다.

또한, 흐름전환유닛(400")의 공급분기배관(420) 및 환수분기배관(440)에는 제1 부하유닛(300a)으로 흐르는 부하측 2차유체가 제2 부하유닛(300b)으로 흐르는 것을 선택적으로 차단하는 제어밸브(451, 제2 제어밸브) 및 제어밸브(452, 제2 제어밸브)가 설치된다.

흐름전환유닛(400")이 이와 같은 구성을 가짐으로 인해서, 제1 히트펌프(100a)의 제1 부하측 열교환기(130a)로부터 나온 부하측 2차유체가 제1 부하유닛(300a) 또는 제2 부하유닛(300b)로 선택적으로 공급될 수 있으며, 또한 제1 부하유닛(300a) 또는 제2 부하유닛(300b)로부터 선택적으로 환수될 수 있고, 제2 히트펌프(100b)의 제2 부하측 열교환기(130b)로부터 나온 부하측 2차유체가 제1 부하유닛(300a) 또는 제2 부하유닛(300b)로 선택적으로 공급될 수 있으며, 또한 제1 부하유닛(300a) 또는 제2 부하유닛(300b)로부터 선택적으로 환수될 수 있다. 또한 제1 부하유닛(300a)으로 흐르는 부하측 2차유체가 제2 부하유닛(300b)으로 흐르는 것을 선택적으로 차단할 수 있다.

이하 도 6 및 7을 참조하여 제2 실시형태에 따르는 히트펌프 시스템의 동작에 대해서 설명한다. 도 6은 제1 히트펌프(100a) 및 제2 히트펌프(100b)가 가열운전을 행하고, 양자 모두 제1 부하(310a)에만 난방을 행하는 경우를 설명하는 것이다.

이를 위해서 제1 제어밸브인 제어밸브(421a) 및 제어밸브(441a)가 열리고, 제어밸브(421b) 및 제어밸브(441b)는 닫히게 된다. 또한 제2 제어밸브(451, 452)가 열린 상태가 된다.

이 경우 제1 히트펌프(100a)의 제1 부하측 열교환기(130a)에서 열교환으로 인해서 고온이 된 부하측 2차유체는 제1 공통공급배관(410a) 및 공급분기배관(420)을 거쳐 제1 부하유닛(300a)으로 들어가고, 제2 히트펌프(100b)의 제2 부하측 열교환기(130b)에서 열교환으로 인해서 고온이 된 부하측 2차유체 역시 제2 공통공급배관(410b), 제2 제어밸브(451) 및 공급분기배관(420)을 거쳐 제1 부하유닛(300a)으로 들어간다. 따라서 제1 부하유닛(300a)으로 들어간 부하측 2차유체는 제1 부하(310a)의 난방을 위해서 사용된다.

이후 제1 부하유닛(300a)을 나온 부하측 유체의 일부는 환수분기배관(440) 및 제1 공통환수배관(430a)을 거쳐 제1 히트펌프(100a)의 제1 부하측 열교환기(130a)로 들어가고, 또한 나머지는 환수분기배관(440), 제2 제어밸브(452) 및 제2 공통환수배관(430b)을 거쳐 제2 히트펌프(100b)의 제2 부하측 열교환기(130b)로 들어간다.

이러한 운전 중에 제2 부하(310b)에서 난방과는 다른 성격의 냉방을 요구하는 경우, 도 7에 도시한 것과 같이 제1 히트펌프(100a)는 가열운전을 유지하여 제1 부하(310a)에 난방을 제공하면서, 제2 히트펌프(100b)를 냉각운전으로 전환하여 제2 부하(310b)의 냉방 요구에 대응하도록 한다.

구체적으로 도 7에 도시된 것과 같이 제2 히트펌프(100b)는 냉매의 순환방향을 바꾸어 냉각운전을 행한다. 또한, 흐름전환유닛(400")에서는 제2 제어밸브(451, 452)가 닫히고, 제1 제어밸브 중 제어밸브(421b, 441b)가 열린다. 이로 인해서 제2 히트펌프(100b)의 제2 부하측 열교환기(130b)에서 열교환으로 냉각된 부하측 2차유체는 제2 공통공급배관(410), 공급분기배관(420) 및 제어밸브(421b)를 거쳐 제2 부하유닛(300b)으로 들어가 제2 부하(310b)를 냉방시키는데 사용된다. 이후 제2 부하유닛(300b)으로부터 나온 부하측 2차유체는 제어밸브(441b), 환수분기배관(440) 및 제2 공통환수배관(430b)을 거쳐 제2 히트펌프(100b)의 제2 부하측 열교환기(130b)로 들어간다.

이때 제2 제어밸브(451, 452)는 닫힌 상태이므로 제1 히트펌프(100a)로부터 나와 부하측 2차유체와 제2 히트펌프(100b)로부터 나온 부하측 2차유체가 공급분기배관(420) 및 환수분기배관(440)에서 서로 혼합되는 것을 방지할 수 있다.

이로 인해서 제1 히트펌프(100a)에 의해서 제1 부하(310a)에 대해서 난방을 행하면서, 동시에 제2 히트펌프(100b)에 의해서 제2 부하(310b)에 대해서 냉방을 행할 수 있다.

한편, 열원유닛(200')에서 제1 히트펌프(100a)의 제1 열원측 열교환기(150a)를 나온 열원측 2차유체는 고온의 상태이며, 제2 히트펌프(100b)의 제2 열원측 열교환기(150b)를 나온 열원측 2차유체는 저온의 상태이다. 그런데 본 발명에 따르는 열원유닛(200')은 이들이 합류되어 열원(210)로 유입되기 때문에 합류시 혼합에 의해서 중간 온도의 상태가 된다. 따라서 열원(210)에 과부하가 걸리는 것을 방지하여 전체적으로 히트펌프 시스템의 안정을 꾀할 수 있고 효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

이상과 같이 제3 실시형태에 따르는 히트펌프 시스템은 복수의 히트펌프를 사용하여 서로 다른 운전을 요구하는 복수의 부하에 대응하여 동시에 운전을 행할 수 있는 효과를 가지고 있습니다.

한편 위 실시형태는 복수의 부하 중 제1 부하(310a) 및 제2 부하(310b)가 난방 또는 냉방을 요구하는 경우에 대해서 한정하여 설명하였으나, 제1 부하(310a) 및 제2 부하(310b)가 서로 다른 운전을 요구하는 경우라면 적용할 수 있다. 예를 들면 제1 부하(310a)가 냉방 또는 난방을 요구하면서 제2 부하(310b)에서 급탕을 요구하는 경우에도 적용할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르는 지열 히트펌프 시스템에 대해서 바람직한 실시형태를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 이들 실시형태들에 한정된 것은 아니며, 해당 기술분야의 숙련된 통상의 기술자에 의해서 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경될 수 있다.

100 : 히트펌프 100a : 제1 히트펌프
100b : 제2 히트펌프 200, 200' : 열원유닛
300 : 부하유닛 300a : 제1 부하유닛
300b : 제2 부하유닛 400, 400', 400" : 흐름전환유닛

Claims

압축기, 방향전환밸브, 부하측 열교환기, 팽창장치 및 열원측 열교환기를 냉매가 순환하도록 형성된 냉매배관을 구비하는 히트펌프와,
상기 히트펌프의 열원측 열교환기에서 상기 냉매와 열교환한 열원측 2차유체가 열원으로 흐르도록 형성되는 열원배관을 구비하는 열원유닛과,
복수의 부하 각각에 대해서 부하측 2차유체가 흐르도록 형성되는 부하배관을 구비하는 복수의 부하유닛과,
상기 히트펌프의 부하측 열교환기로부터 나온 부하측 2차유체를 상기 복수의 부하유닛 각각의 부하배관에 선택적으로 공급하고, 상기 복수의 부하유닛 각각의 부하배관으로부터 환수되는 부하측 2차유체를 상기 히트펌프의 부하측 열교환기로 선택적으로 유입하는 흐름전환유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 흐름전환유닛은,
상기 부하측 2차유체를 상기 복수의 부하유닛에 공급하기 위해서 상기 히트펌프의 부하측 열교환기와 연결되는 공통공급배관과,
상기 공통공급배관에서 분기되어 상기 복수의 부하유닛의 부하배관의 공급측에 각각 연결되는 공급분기배관과,
상기 복수의 부하유닛으로부터 환수된 상기 부하측 2차유체를 상기 히트펌프의 부하측 열교환기에 유입시키기 위해서 상기 히트펌프의 부하측 열교환기와 연결되는 공통환수배관과,
상기 공통환수배관에서 분기되어 상기 복수의 부하유닛의 부하배관의 환수측에 각각 연결되는 환수분기배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 공급분기배관 또는 상기 환수분기배관에는 상기 복수의 부하유닛 각각으로 흐르는 상기 부하측 2차유체의 흐름을 제어하는 제1 제어밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 복수의 부하유닛으로 부하측 2차유체를 흐르게 하는 공통의 부하측 순환펌프를 더 구비하며,
상기 공통의 부하측 순환펌프는 상기 흐름전환유닛의 상기 공통공급배관 또는 상기 공통환수배관에 설치되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 부하유닛 각각에는 부하측 2차유체를 저장하는 축열조가 설치되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
압축기, 방향전환밸브, 부하측 열교환기, 팽창장치 및 열원측 열교환기를 냉매가 순환하도록 형성된 냉매배관을 각각 구비하는 복수의 히트펌프와,
상기 복수의 히트펌프의 열원측 열교환기에서 상기 냉매와 열교환한 열원측 2차유체가 열원으로 흐르도록 형성되는 열원배관을 구비하는 열원유닛과,
복수의 부하 각각에 대해서 부하측 2차유체가 흐르도록 형성되는 부하배관을 구비하는 복수의 부하유닛과,
상기 복수의 히트펌프 각각의 부하측 열교환기로부터 나온 부하측 2차유체를 상기 복수의 부하유닛 각각의 부하배관에 선택적으로 공급하고, 상기 복수의 부하유닛 각각의 부하배관으로부터 환수되는 부하측 2차유체를 상기 복수의 히트펌프 각각의 부하측 열교환기로 선택적으로 유입하는 흐름전환유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 흐름전환유닛은,
상기 복수의 히트펌프 각각의 부하측 열교환기로부터 나온 부하측 2차유체를 상기 복수의 부하유닛에 공급하기 위해서 상기 복수의 히트펌프 각각의 부하측 열교환기와 연결되는 복수의 공통공급배관과,
상기 복수의 공통공급배관 각각으로부터 분기되어 상기 복수의 부하유닛 각각의 부하배관의 공급측에 연결되는 공급분기배관과,
상기 복수의 부하유닛으로부터 환수된 부하측 2차유체를 상기 복수의 히트펌프 각각의 부하측 열교환기에 유입하기 위해서 상기 복수의 히트펌프 각각의 부하측 열교환기와 연결되는 복수의 공통환수배관과,
상기 복수의 공통환수배관 각각으로부터 분기되어 상기 복수의 부하유닛 각각의 부하배관의 환수측에 연결되는 환수분기배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 공급분기배관 또는 상기 환수분기배관에는 상기 복수의 부하유닛 각각으로 흐르는 부하측 2차유체의 흐름을 제어하는 제1 제어밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 공급분기배관 및 상기 환수분기배관에는 상기 복수의 부하유닛 중 하나의 부하유닛으로 흐르는 부하측 2차유체가 다른 부하유닛으로 흐르는 것을 선택적으로 차단하는 제2 제어밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
청구항 6 내지 청구항 9 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 복수의 히트펌프의 열원측 열교환기로부터 나온 각각의 열원측 2차유체는 서로 합류되어 열원을 통과한 후 분기되어 상기 복수의 히트펌의 열원측 열교환기로 유입되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.