KR101392714B1 - 냉온수조를 이용한 지열히트펌프 시스템 - Google Patents

Abstract

냉온수조와 냉온수용 열교환기와 수조절환밸브 등으로 구성되는 난방계통변환유닛을 설치하여 실내의 냉방과 동시에 난방 및 급탕수를 공급하는 시스템, 즉, 냉방용 냉수와 난방용 온수, 위생용 급탕수를 동시에 고읍하는 시스템으로 계통을 변경하여 냉방시에는 부하측에는 냉수를 만들고 열원측에는 열을 흡수하여 온도가 상승된 지열수가 지열교환유닛으로 가지 않고 냉온수조로 흘러 온수를 공급함으로서 한 번의 시스템 가동으로 냉방과 난방을 동시에 사용하는 효과를 가져오게 하고, 지중에 PE 파이프로 구성된 지열교환유닛의 냉난방 용량을 더욱 향상시켜 지열 시스템의 냉난방 효율을 높이고 열원측의 부하 감소로 인해 지열히트펌프의 압축기가 좀 더 안정적인 운전을 하게되어 기기의 손상을 줄이고 기기의 사용연한을 늘릴 있게 되고, 또한 냉난방계통병환유닛을 감안한 지열히트펌프 시스템을 설치 시에는 적정 지열교환유닛의 용량이 감소하게 되어 그 시설 설치비가 감소되는 효과를 가져 온다.

Description

냉온수조를 이용한 지열히트펌프 시스템{Geothermal heat pump system}

본 발명은 신재생에너지 산업의 활성화를 통한 다양하고 환경 친화적이고 온실가스 배출 감소의 역할을 담당하고 있는 지열에너지를 이용한 지열히트펌프 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지속적인 냉방 또는 난방으로 지중과 지상의 온도 차이가 작아져서 냉난방 효율이 떨어지고 과부하로 압축기가 손상되는 것을 예방하고, 냉난방계통변환유닛을 통해 냉방과 동시에 난방도 가능하면 냉온수와 급탕수의 공급도 가능한 냉온수조를 이용한 지열히트펌프 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 지열히트펌프 시스템은 지열순환파이프를 순환하는 지열수가 히트펌프유닛과 열 교환을 통하여 열원을 공급하고, 상기 히트펌프유닛은 냉난방순환파이프를 순환하는 냉난방수에 열 교환을 통하여 열원을 공급하여 주택이나 사무실의 냉난방 가동 또는 급탕 가동을 가능하게 한다.

지열히트펌프 시스템은 지열순환파이프를 순환하는 지열수가 겨울에는 지중으로부터 지열을 흡수하고 여름에는 지중으로 열을 방출하여 냉난방을 하게 되나 지속적인 냉방 또는 난방으로 인해서 지중의 온도가 변화하게 되고 이로 인해서 지중과 지상의 온도 차이가 작아져서 히트펌프유닛을 운전할 때 과부하가 걸려서 압축기가 손상될 염려가 있고 냉난방 효율이 떨어지게 된다.

그래서 장기간 지속적으로 냉난방을 하더라도 과부하가 걸리고 냉난방 효율이 떨어지는 것을 줄여줄 수 있는 수단이 필요한데,

지열히트펌프 시스템에 관한 종래기술로 등록실용 제20-0351613호(2004.05.17)『히프펌프용 액열기』, 등록특허 제10-1155353호(2012.06.05)『고효율 지열히트펌프시스템』, 등록특허 제10-0958208호(2010.05.07)『열교환 성능이 향상된 지열용 지중열교환기』등에서는 이러한 수단을 구비하지 아니하고 있다.

그리고 종래기술은 지열히트펌프 시스템을 겨울에는 난방용으로 사용하고 여름철에는 냉방용으로 사용하고 있을 뿐 냉방이나 난방으로 사용하면서 동시에 다른 한편에서는 난방이나 냉방으로 사용할 수 없는 구조로 되어 있다.

본 발명은 위와 같은 종래기술에 따른 지열히트펌프 시스템의 문제를 해결하기 위해 안출된 발명으로서,

냉난방계통변환유닛을 장기간 지속적으로 냉난방을 하게 되더라도 냉난방 효율이 약해지지 아니하고, 과부하가 걸리는 것을 방지할 수 있고, 냉방 또는 난방과 동시에 한편에서는 난방 또는 냉방이 가능한 냉온수조를 이용한 지열히트펌프 시스템을 제공함을 목적으로 한다.

아울러, 지열히트펌프 시스템을 제어하는 제어패널의 함체 내부가 고온 다습해져서 함체에 내장된 전자기기 손상되거나 오동작하고, 먼지가 기판에 누적되어 오작동뿐 아니라 화재를 발생시키는 문제를 예방하기 위해 함체의 내기를 외부로 배출시키는 배기팬부재를 구비하되, 배기팬부재로 인해 함체의 밀폐구조가 희생되지 않도록 배기팬부재의 방수방진성을 강화하면서, 배기팬부재의 유지보수성과 경제성을 높인 냉온수조를 이용한 지열히트펌프 시스템을 제공함을 또 다른 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉온수조를 이용한 지열히트펌프 시스템은

지열수가 순환하는 지열순환파이프를 포함하는 지열교환유닛;

냉난방수가 순환하는 냉난방순환파이프를 포함하는 냉난방유닛;

상기 지열순환파이프의 지열수와 열교환하는 지열용 열교환기와,

상기 냉난방순환파이프의 냉난방수와 열교환하는 냉난방용 열교환기와,

상기 지열용 열교환기와 상기 냉난방용 열교환기 간에 열교환 냉매가 흐르도록 하는 압축기를 포함하는 히트펌프유닛;

냉온수조와,

냉온수용 열교환기와,

상기 냉온수조와 상기 냉온수용 열교환기 사이를 냉매가 순환하도록 하는 수조순환파이프와,

상기 지열순환파이프에서 분기되어서 지열수가 상기 지열용 열교환기와 냉온수용 열교환기를 순환하도록 하는 분기파이프와,

지열수가 상기 지열순환파이프 또는 상기 분기파이프를 순환하도록 하는 수조절환밸브를 포함하는 냉난방계통변환유닛;

상기 지열교환유닛, 냉난방유닛, 히트펌프유닛 및 냉난방계통변환유닛을 제어하는 컨트롤러와,

상기 컨트롤러를 내장하는 함체와,

상기 컨트롤러의 제어에 의해 상기 함체의 내기를 외부로 배출시키는 배기부재를 포함하는 제어패널;을 포함하여 이루어지되,

상기 배기부재는

원통형 구조를 가져 상기 함체의 내외부를 연통시키는 덕트와,

모터와,

상기 모터에 의해 회전하여 상기 덕트를 개폐시키는 개폐판과,

상기 개폐판의 테두리에 결합되고, 상기 덕트의 내면에 밀착되는 밀폐패드와,

상기 밀폐패드가 상기 개폐판의 테두리에 교체 가능하게 결합되도록 하는 교체수단을 포함하되,

상기 교체수단은

상기 밀폐패드의 내측에서 양측으로 분기되어 상기 개폐판의 테두리 양측면을 각각 덮는 분기부와,

상기 분기부의 내측 단부에 구비되는 끼움링과,

상기 개폐판에 형성되어서 상기 끼움링이 삽입되어 안착되는 안착홈과,

상기 안착홈의 위로 형성되어서 상기 끼움링의 표면을 가압하는 가압부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 냉온수조에는 냉온수의 온도를 센싱하는 온도센서가 구비되고,

상기 컨트롤러는 상기 온도센서가 전송하는 냉온수의 온도에 의해 상기 수조절환밸브를 제어하는 것을 특징으로 하고,

상기 개폐판이 상기 덕트에 탈착 가능하게 결합되도록 하는 탈착수단;을 더 포함하되,

상기 탈착수단은

상기 덕트에 힌지결합되는 힌지핀의 내측 외주연에 돌출되어 구비되는 걸림날개와,

상기 힌지핀이 인출입 가능하게 삽입되도록 상기 개폐판에 구비되는 끼움홈과,

상기 걸림날개가 삽입되도록 상기 끼움홈과 연결되어 형성되는 걸림홈과,

상기 끼움홈에 내장되어서 상기 힌지핀을 탄성지지하는 스프링과,

상기 걸림날개의 표면에 돌출형성되는 걸림코와,

상기 걸림홈의 입구 내벽에 돌출형성되어 상기 걸림코가 걸리는 걸림턱을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 냉온수조를 이용한 지열히트펌프 시스템은 냉온수조와 냉온수용 열교환기와 수조절환밸브 등으로 구성되는 난방계통변환유닛을 설치하여 실내의 냉방과 동시에 난방 및 급탕수를 공급하는 시스템, 즉, 냉방용 냉수와 난방용 온수, 위생용 급탕수를 동시에 공급하는 시스템으로 계통을 변경하여 냉방시에는 부하측에는 냉수를 만들고 열원측에는 열을 흡수하여 온도가 상승된 지열수가 지열교환유닛으로 가지 않고 냉온수조로 흘러 온수를 공급함으로써 한 번의 시스템 가동으로 냉방과 난방을 동시에 사용하는 효과를 가져오게 하고,

지중에 PE 파이프로 구성된 지열교환유닛의 냉난방 용량을 더욱 향상시켜 지열 시스템의 냉난방 효율을 높이고 열원측의 부하 감소로 인해 지열히트펌프의 압축기가 좀 더 안정적인 운전을 하게되어 기기의 손상을 줄이고 기기의 사용연한을 늘릴 있게 되고,

또한 냉난방계통병환유닛을 감안한 지열히트펌프 시스템을 설치 시에는 적정 지열교환유닛의 용량이 감소하게 되어 그 시설 설치비가 감소되는 효과를 가져오고,

아울러, 제어패널의 함체 내부의 온도와 습도가 높아지면 배기팬부재를 구동시켜 함체 내부의 공기를 외부로 배출시켜 함체 내부의 온도와 습도 그리고 미세 먼지를 강제로 외부로 배출시켜 고온과 다습과 미세 먼지의 누적으로 인해서 함체 내부에 구비되는 기기가 오작동하거나 손상되는 문제를 방지하고 화재 발생을 예방할 수 있고,

또한, 배기팬부재로 외부의 물기나 먼지가 함체 내부로 유입되지 않도록 방수성을 강화하고, 밀폐패드의 방수성이 약해진 경우에 밀폐패드만 간편하게 교체하면 되어서 유지보수가 용이하고 경제적인

냉온수조를 이용한 지열히트펌프 시스템으로서, 산업발전에 매우 유용한 발명이다.

도 1 은 본 발명에 따른 냉온수조를 이용한 지열히트펌프 시스템의 개략적인 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 제어패널의 개략적인 구성도.
도 3 은 본 발명에 따른 제어패널에 도입된 배기팬부재의 사시도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 냉온수조를 이용한 지열히트펌프 시스템에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명을 보다 상세하게 설명하기에 앞서,

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 냉온수조를 이용한 지열히트펌프 시스템은 지열교환유닛(110), 냉난방유닛(130), 히트펌프유닛(120) 그리고 냉난방계통변환유닛(140)의 구성요소로 대별될 수 있다.

상기 지열교환유닛(110), 냉난방유닛(130), 히트펌프유닛(120)은 종래기술에 따른 지열히트펌프 시스템과 크게 다르지 아니하므로 이들에 대해서는 간략하게 설명한다.

상기 지열교환유닛(110)은 지열수가 순환하는 지열순환파이프(111)와, 지열수가 순환하도록 하는 지열순환펌프(113)를 포함하여 이루어진다.

상기 지열순환파이프(111)는 일측이 'U'자 형태의 파이프가 연속해서 지그재그 방식으로 연결되어 지중에 매설되고, 타측이 상기 지열용 히트펌프유닛(120)의 지열용 열교환기(121)를 통과하여, 지열수가 지열순환파이프(111)를 순환하면서 히트펌프유닛(120)의 열교환파이프(122)를 순환하는 냉매와 서로 열원을 교환하고, 교환한 열원을 지중으로 방출시키거나 지중에서 지열을 흡수한다.

상기 냉난방유닛(130)은 가정이나 사무실 등에 냉수 또는 온수를 순환 공급하여 가정이나 사무실 등의 난방 또는 냉방을 가능하게 한다.

상기 냉난방유닛(130)은 냉난방수가 순환하는 냉난방순환파이프(131)와, 냉난방수가 순환하도록 하는 냉난방순환펌프(133)를 포함하여 이루어진다.

상기 냉난방순환파이프(131)는 일측이 상기 지열용 히트펌프유닛(120)의 냉난방용 열교환기(123)를 통과하여 냉난방수가 냉난방순환파이프(131)를 순환하면서 히트펌프유닛(120)의 열교환파이프(122)를 순환하는 냉매와 서로 열원을 교환하고, 냉난방배관(135)으로 공급하여 가정이나 사무실을 난방 또는 냉방시킨다.

이때, 상기 냉난방순환파이프(131)와 냉난방배관(135)은 직접 연결될 수도 있지만 도면과 같이 그 중간에 냉온수 버퍼탱크(137)를 둘 수도 있다.

상기 히트펌프유닛(120)은 지열교환유닛(110)과 열교환을 통하여 열원을 공급받고, 또한 상기 냉난방유닛(130)과 열교환을 통하여 열원을 공급한다.

다시 말해, 상기 히트펌프유닛(120)은 지중으로부터 고온 또는 저온의 열원을 공급받고, 공급받은 고온 또는 저온의 열원을 냉난방유닛(130)의 냉온수에 공급하여 가정이나 사무실 등의 난방 또는 냉방을 가능하게 한다.

상기 히트펌프유닛(120)은

상기 지열교환유닛(110)과 연결되는 지열용 열교환기(121)와,

상기 지열용 열교환기(121)와 연결되는 팽창밸브(129)와,

상기 팽창밸브(129)와 연결되며, 상기 냉난방유닛(130)과 연결되는 냉난방용 열교환기(123)와,

상기 냉난방용 열교환기(123)와 연결되는 사방밸브(127)와,

그리고 상기 사방밸브(127)와 연결되는 압축기(125)와,

이들을 연결하여 냉매가 순환되도록 하는 열교환파이프(122)를 포함하여 이루어진다.

상기 히트펌프유닛(120)은 난방시에 냉매가 상기 압축기(125), 사방밸브(127), 냉난방용 열교환기(123), 팽창밸브(129), 지열용 열교환기, 사방밸브(127), 압축기(125)의 순서로 순환하면서 지열용 열교환기에서 지열수의 열원을 흡수하여 냉난방용 열교환기(123)에서 흡수한 열원을 냉난방수로 전달하여 난방을 하고,

냉방시에는 냉매가 상기 압축기(125), 사방밸브(127), 지열용 열교환기, 팽창밸브(129), 냉난방용 열교환기(123), 사방밸브(127), 압축기(125)의 순서로 순환하면서 냉난방용 열교환기(123)에서 냉난방수의 열원을 흡수하여 지열용 열교환기에서 흡수한 열원을 지열수로 전달하여 냉방을 한다.

난방의 경우 상기 냉난방용 열교환기(123)가 응축기 역할을 하게 되고, 상기 지열용 열교환기(121)가 증발기 역할을 하게 되는데,

이때 상기 압축기(125)에서 고온, 고압으로 압축된 냉매를 기화시켜 사방밸브(127)를 통하여 상기 냉난방용 열교환기(123)로 공급하게 된다.

상기 냉난방용 열교환기(123)에서는 기화된 냉매를 액화시키면 열에너지를 방출하고, 이렇게 방출된 열은 상기 냉난방유닛(130)의 냉온수로 공급되어 난방이 이루어지게 된다.

상기 냉난방용 열교환기(123)에서 열에너지를 방출한 냉매는 상기 지열용 열교환기(121)에 열에너지를 흡수한 후에 상기 사방밸브(127)를 거쳐 압축기(125)로 유입된다.

냉방 운전의 경우에는 상기 냉난방용 열교환기(123)가 증발기 역할을 하게 되고, 상기 지열용 열교환기(121)가 응축기 역할을 하게 된다.

이때 상기 지열용 열교환기(121)에 의하여 응축된 냉매가 팽창밸브(129)를 통하여 상기 냉난방용 열교환기(123)로 공급되기에,

냉난방용 열교환기(123)에서는 액체 냉매가 기화되면서 열에너지를 흡수하여 냉난방용 열교환기(123)에 유입된 냉온수의 온도를 낮추게 되고,

이렇게 냉각된 냉온수는 상기 냉난방유닛(130)으로 공급되어 냉방이 이루어지게 된다.

상기 냉난방용 열교환기(123)에서 열에너지를 흡수한 냉매는 상기 지열용 열교환기(121)에 열에너지를 방출한 후에 상기 사방밸브(127)를 거쳐 압축기(125)로 유입된다.

상기 냉난방계통변환유닛(140)은 종래기술에 따른 지열히트펌프 시스템의 문제를 해결하기 위해 도입된 핵심 기술로서,

냉온수가 채워지는 냉온수조(141)와,

열원의 교환을 위한 냉온수용 열교환기(142)와,

일측은 상기 냉온수조(141)를 통과하고 타측은 상기 냉온수용 열교환기(142)를 통과하는 수조순환파이프(143)와,

상기 수조순환파이프(143) 내의 냉매를 순환시키는 수조순환펌프(144)와,

상기 지열순환파이프(111)에서 분기되고 일측이 상기 냉온수용 열교환기(142)를 통과하는 분기파이프(145)와,

상기 지열용 열교환기를 통과한 지열수가 상기 지열순환파이프(111) 또는 상기 분기파이프(145)를 선택하여 순환하도록 하는 수조절환밸브(146)를 포함하여 이루어진다.

전술한 바와 같이 지열수가 계속해서 지열순환파이프(111)를 순환하게 되면 지열수가 히트펌프유닛(120)에서 열교환으로 교환한 열원을 지중으로 방출 또는 흡수하면서 지중의 온도가 변화되어, 지중과 지상의 온도 차이가 작아지게 되고, 그러면 히트펌프유닛(120)을 운전할 때 과부가하 걸려서 압축기(125)가 손상될 염려가 있고 냉난방효율이 떨어지게 된다.

그래서 과부하가 걸리고 냉난방효율이 급격하게 떨어지는 시점에서 지열수가 분기파이프(145)를 흘러 지열용 열교환기(121)와 냉온수용 열교환기(142)를 순환하도록 하여서, 과부하를 예방하고 냉난방효율이 저하되는 것을 방지한다.

상기 분기파이프(145)를 순환하는 지열수는 상기 냉온수용 열교환기(142)와 수조순환파이프(143)를 통해 냉온수조(141)의 냉온수와 열교환을 하여 냉온수조(141)의 냉온수를 덮히거나 식히게 된다.

이때 지열수가 냉온수와 교환하는 열량의 크기는 지중과 교환하는 열량 보다 크게 된다.

그러나 냉온수와 지속적으로 열교환을 하게 되면 지중과 지속해서 열교환하는 경우와 마찬가지로 열교환량이 줄어들면서 과부하가 걸리고 냉난방효율이 저하되게 된다.

그래서 지열수가 분기순환파이프를 순환하는 동안에 지중의 온도가 회복되고, 분기파이프(145)의 지열수가 열교환하는 열교환량이 줄어들어 지중에서 열교환하여 얻을 수 있는 열교환량 보다 적어지면, 지열수는 다시 지열순환파이프(111)를 순환하도록 한다.

지열수가 지열순환파이프(111)를 순환할지 분기파이프(145)를 순환할지는 컨트롤러(C)가 제어한다.

상기 컨트롤러(C)는 순환하는 지열수의 온도를 실시간으로 체크하여서, 순환하는 과정에서 열교환으로 지열수의 온도가 일정 이상으로 변하면 상기 수조절환밸브(146)를 구동시켜 지열순환파이프(111)를 순환하던 지열수가 분기파이프(145)를 순환하도록 하고, 분기파이프(145)를 순환하던 지열수가 지열순환파이프(111)를 순환하도록 한다.

이때, 수조절환밸브(146)를 구동시키는 기준이 되는 지열수의 온수가 일정 이상으로 변했는지 여부는 지상의 온도 또는 냉온수조(141)에 있는 냉각수의 온도와 비교하여 판단한다. 즉, 지열수가 지열순환파이프(111)를 순환할 때에는 지상의 현재 온도와 지열수의 온도를 비교하고, 지열수가 분기파이프(145)를 순환할 때에는 냉온수조(141)의 냉각수의 온도와 지열수의 온도를 비교하여 판단한다. 냉온수조(141)의 냉온수의 온도를 감지하여 컨트롤러로 전송하도록 냉온수조(141)에는 온도센서(t)가 구비된다.

본 발명은 이처럼 냉난방계통변환유닛(140)을 통해 지열수가 지열순환파이프(111)를 순환하다가 냉난방 효율이 떨어지면 분기파이프(145)를 순화하도록 하여서, 지열히트펌프 시스템의 냉난방 효율을 높이고, 열원 측(지열수 측)의 부하 감소로 인해 압축기(125)가 좀 더 안정적인 운전을 하게 되어 기기의 손상을 줄이고 기기의 사용연한을 늘릴 수 있고, 또한 냉난방계통변환유닛(140)을 감안한 지열히트펌프 시스템을 설치 시에 적정 지열교환기의 용량이 감소하게 되어 그 시설 설치비가 감소되는 효과를 가져 온다.

또한, 냉난방유닛(130)이 실내를 냉방하는 때에 냉난방계통변환유닛(140)은 냉온수조(141)의 냉온수의 온도를 높여 온수 또는 급탕수를 공급할 수 있으며, 이를 또 다른 실내의 냉난방배관으로 순환시키면 난방을 할 수 있다. 즉, 한번의 시스템 가동으로 냉방과 난방을 동시에 사용하는 효과를 가져 오게 한다.

지열히트펌프 시스템은 지열교환유닛(10), 냉난방유닛(30), 히트펌프유닛(20) 그리고 냉난방계통변환유닛은 제어패널의 컨트롤러에 의해 구동이 제어된다.

상기 제어패널은 도2에서 보는 바와 같이, 컨트롤러(C), 함체(10), 온도센서(T), 습도센서(H), 배기부재(20) 등을 포함하여 이루어진다.

상기 함체(10)는 내부에 상기 컨트롤러(C)를 내장하여 외부충격 등으로부터 내장된 컨트롤러(C) 등의 기기를 보호한다.

상기 함체(10)는 밀폐구조를 가져서 함체(10) 내부로 물기와 먼지 등이 유입되는 것을 차단하여서, 내장된 컨트롤러(C) 등의 기기가 손상되고 오작동하는 것을 예방한다.

상기 함체(10)에는 도어(11)가 구비되고, 상기 도어에는 사용자가 내부를 감시할 수 있도록 하는 투시창(미도시)이 구비되는 것이 바람직할 수 있다.

상기 함체(10)는 밀폐구조를 가져 외부의 물기와 먼지가 내부로 침투하는 것을 방지하지만 밀폐구조가 완벽할 수는 없다.

그래서 더운 여름에 함체(10) 내부의 온도와 습도가 일단 올라가면, 내부 공기가 외부로 배출되지 아니하여 장시간 고온, 고습의 상태가 유지되어서 컨트롤러(C) 등의 기기가 오작동하거나 손상됨을 유발하고, 내부로 침투된 먼지는 물기를 머금어서 기기의 기판에 누적되어 부착되어 화재발생유 유발하는 문제가 발생될 위험이 높다.

따라서 함체(10) 내부가 고온 또는 다습한 상태가 된 경우에 함체(10)의 내기를 외부로 강제로 배출시켜서 보호하는 자기 보호 기능을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명은 제어 패널이 자기 보호 기능을 갖도록 함체(10)에 온도센서(T), 습도세서 및 배기부재(20)를 구비하고, 컨트롤러(C)가 온도센서(T)와 습도센서(H)에서 감지되는 온도와 습도가 기준 온도와 기준 습도를 넘어서면 배기부재(20)를 구동시켜, 함체(10)의 내부 공기를 외부로 배출시키도록 하였다.

상기 온도센서(T)는 상기 함체(10) 내부의 온도를 감지하여 상기 컨트롤러(C)로 전송하고, 상기 습도센서(H)는 상기 함체(10) 내부의 온도를 감지하여 상기 컨트롤러(C)로 전송하고, 상기 컨트롤러(C)는 상기 온도센서(T)가 전송한 온도와 상기 습도센서(H)가 전송한 습도를 각각 기준 온도와 기준 습도와 비교하여 더 크면 상기 배기부재(20)를 구동시켜 함체(10) 내부의 공기를 외부로 배출시켜서 함체(10) 내부의 온도와 습도를 낮추며, 함체(10)에 침투한 미세 먼지를 함께 외부로 배출시킨다.

상기 배기부재(20)의 구동으로 함체(10) 내부의 공기가 외부로 배출되면 그만큼 외부의 공기가 함체(10) 내부로 유입되어야 하기에 상기 함체(10)에는 유입구(12)가 구비되고, 상기 유입구(12)에는 외부에서 유입되는 공기와 함께 먼지가 유입되지 않도록 필터(13)가 구비되고, 필터(13)의 내측에는 외기를 강제로 유입시킬 수 있는 흡기팬(15)이 구비된다.

상기 배기부재(20)은 상기 함체(10)의 배출구(14)에 구비되어서 내기가 외부로 배출되는 통로를 제공하는 덕트(21)와, 상기 덕트(21)의 내측에 배치되어서 함체(10) 내부의 공기를 강제로 상기 덕트(21)를 통해 외부로 배출시키는 배기팬(23)을 포함하여 이루어지는데, 배기팬(23)이 미작동 상태에 있는 경우에 덕트(21)를 통해서 외부의 먼지와 물기가 내부로 침투될 수 있다.

배기팬(23)이 미작동 상태에서 외부의 물기와 먼지가 덕트(21)를 통해 침투되지 않도록 상기 덕트(21)의 내부에는 덕트(21)를 개폐시키는 개폐판(30)이 구비되고, 상기 컨트롤러(C)는 모터(40)를 이용해 상기 개폐판(30)은 회전시켜 배기팬(23)의 구동시에는 덕트(21)를 개방시키고 배기팬(23)의 미작동시에는 덕트(21)를 폐쇄시킨다.

상기 개폐판(30)은 상기 덕트(21) 내부에서 회전이 가능하도록 덕트(21)의 내면과의 사이에 공차(틈새)가 있어서, 상기 개폐판(30)이 덕트(21)를 폐쇄하고 있는 상태에서도 공차를 통해서 외부의 물기와 먼지가 침투된다.

본 발명은 이와 같이 개폐판(30)과 덕트(21) 내면 사이의 틈새를 통해 외부의 물기와 먼지가 침투되는 것을 방지하기 위해서, 상기 개폐판(30)의 테두리에 연질의 밀폐패드(50)를 결합시켜서 틈새를 밀폐시킨다.

상기 밀폐패드(50)의 직경(외경)은 상기 덕트(21)의 내경 보다 길어서 상기 밀폐패드(50)는 상기 덕트(21)의 내면에 면접촉식으로 접촉되어 밀착된다.

상기 밀폐패드(50)는 실리콘, 고무 등과 같이 연질의 재질로 이루어지고 우수한 탄성력(복원력)을 가져서, 장기간 사용에도 변형 없이 상기 덕트(21)의 내면에 면접촉 방식으로 밀착된다.

상기 개폐판(30)은 상기 컨트롤러(C)로 제어되는 상기 모터(40)에 의해 회전을 하고, 개폐판(30)의 회전에 따라 상기 밀폐패드(50)는 덕트(21)의 내면에 밀착되거나 분리되어서 덕트(21)를 개방 또는 폐쇄하게 되는데,

밀폐패드(50)는 덕트(21)의 내면에 밀착되고 분리되는 과정을 반복하면서 마모되고, 밀착되어 있는 상태가 장기간 지속되면 그 상태로 변형(즉, 접촉부위외 비접촉부위가 약 90도의 상태가 됨)되어서 다음 개방 후에 폐쇄되면 밀착력이 약해지게 된다.

그래서 밀폐패드(50)의 마모와 밀착력이 약화되는 것을 최소화할 필요가 있고, 이를 위한 본 발명은 개폐판(30)이 90도씩 두번 연속해서 180도 정방향으로 회전하여 덕트(21)를 개폐하고, 다음에 90도씩 두번 연속해서 180도 역방향으로 회전하여 덕트(21)를 개폐하도록 하였다.

덕트(21)의 개폐를 위한 개폐판(30)의 회전방식은 3가지가 있을 수 있다. 첫째, 한방향(정방향 또는 역방향)으로 계속해서 90도씩 회전하는 방식과, 둘째, 정방향과 역방향으로 교대로 90도씩 회전하는 방식과, 셋째, 정방향으로 90도씩 두번 회전하고 다시 역방향으로 90도씩 두번 회전하는 방식이 있다.

위의 첫째 방식과 둘째 방식은 개폐과저에서 밀폐패드(50)의 일면만이 계속해서 덕트(21)의 내면에 접촉되고, 셋째 방식은 밀폐패드(50)의 양면이 교대로 덕트(21)의 내면에 접촉되게 된다. 그래서 셋째 방식이 밀폐패드(50)의 양면이 균일하게 마모되고, 덕트(21)와 접촉되는 밀폐패드(50)의 가장자리가 양측으로 교대로 접히게 되어서 변형을 예방하게 된다.

이처럼 본발명이 개폐판(30)이 둘째 방식으로 회전하여서 밀폐패드(50)의 마모와 변형을 최소화하더라도 장기간 사용하게 되면 밀폐패드(50)는 마모되고 밀착력이 약해진다. 이때 상기 덕트(21)와 개폐판(30)과 밀폐패드(50)를 모두 교체하는 것이 아니고 상기 밀폐패드(50)만을 교체하면 경제적으로 유리할 것이다.

이에 본 발명은 상기 밀폐패드(50)의 교체가 가능하도록 교체수단(60)을 구비하고, 교체를 위해 상기 개폐판(30)이 상기 덕트(21)에서 탈착 가능하도록 탈착수단(70)을 구비한다.

상기 밀폐패드(50)가 상기 개폐판(30)에 교체 가능하도록 결합시키는 상기 교체수단(60)은

상기 밀폐패드(50)의 내측에서 양측으로 분기되어 상기 개폐판(30)의 테두리 양측면을 각각 덮는 분기부(61)와,

상기 분기부(61)의 내측 단부에 구비되는 끼움링(63)과,

상기 개폐판(30)에 형성되어서 상기 끼움링(63)이 삽입되어 안착되는 안착홈(65)과,

상기 안착홈(65)의 위로 돌출형성되어서 상기 끼움링(63)의 표면을 가압하는 가압부(67)를 포함한다.

상기 분기부(61)와 끼움링(63)은 상기 밀폐패드(50)와 일체를 이루어, 다시 말해 한번의 사출성형으로 상기 밀폐패드(50)에 상기 분기부(61)와 끼움링(63)이 구비되도록 제조된다.

상기 안착홈(65)과 상기 가압부(67) 간의 최소 이격 거리는 상기 끼움링(63)의 직경 보다 작아서, 상기 끼움링(63)은 억지끼움 방식으로 상기 안착홈(65)과 가압부(67) 사이를 통과하여 안착홈(65)에 안착되고, 그에 따라 우발적인 외력에 의해서는 상기 끼움링(63)이 안착홈(65)에서 분리되지 아니하고,

상기 가압부(67)는 상기 끼움링(63)을 가압하여 끼움링(63)이 안착홈(65)의 내면에 밀착되도록 함으로써 이들 간의 틈새를 통해 물기나 먼지가 침투되는 것을 방지한다.

상기 밀폐패드(50)와 분기부(61) 그리고 끼움링(63)은 탄성을 갖는 연질 재질로 이루어져서, 작업자는 밀폐패드(50)의 내측을 잡아당겨서 분기부(61)가 개폐판(30)의 테두리를 덮도록 간편하게 결합시킬 수 있고, 다음으로 끼움링(63)을 가압부(67)와 안착홈(65) 사이로 밀어넣어 억지끼움식으로 간편하게 결합시킬 수 있어서, 조립 생산성을 높일 수 있고, 밀폐패드(50)의 교체가 용이하다.

상기 탈착수단(70)은 상기 밀폐패드(50)의 교체를 위해서 상기 개폐판(30)이 상기 덕트(21)에서 분리되고 재결합되도록 한다. 즉, 탈착 가능하게 한다.

우선, 상기 개폐판(30)이 상기 모터(40)에 의해 덕트(21) 내부에서 회전이 가능하도록, 상기 개폐판(30)의 대향되는 위치의 양측에는 힌지핀(31)과 모터축핀(33)이 구비된다.

상기 힌지핀(31)은 상기 덕트(21)의 내면에 자유회전 가능하게 힌지결합되고, 상기 모터축핀(33)은 상기 덕트(21)의 내면을 관통하여 모터축에 축설되어 모터축의 회전에 의해 회전하여 개폐판(30)을 회전시킨다.

상기 탈착수단(70)은

상기 덕트(21)에 힌지결합되는 힌지핀(31)의 내측 외주연에 돌출되어 구비되는 걸림날개(71)와,

상기 힌지핀(31)이 인출입 가능하게 삽입되도록 상기 개폐판(30)에 구비되는 끼움홈(72)과,

상기 걸림날개(71)가 인출입 가능하게 삽입되도록 상기 끼움홈(72)과 연결되어 형성되는 걸림홈(73)과,

상기 끼움홈(72)에 내장되어서 상기 힌지핀(31)을 탄성지지하는 스프링(74)과,

상기 걸림날개(71)의 표면에 돌출형성되는 걸림코(75)와,

상기 걸림홈(73)의 입구 내벽에 돌출형성되어 상기 걸림코(75)가 걸리는 걸림턱(76)을 포함한다.

상기 걸림날개(71)는 상기 걸림홈(73)에 걸려서 상기 개폐판(30)이 회전할 때 상기 힌지핀(31)이 함께 회전을 하도록 한다.

상기 걸림코(75)는 상기 걸림턱(76)에 걸려서 상기 끼움홈(72)으로 삽입된 힌지핀(31)이 끼움홈(72)에서 분리이탈되지 않도록 한다. 상기 걸림코(75)와 걸림턱(76)은 상기 걸림날개(71)가 걸림홈(73)으로 억지끼움 방식으로 삽입은 가능하지만 삽입된 후에는 쉽게 빠지지 않도록 경사진 구조를 갖는다.

상기 스프링(74)은 상기 힌지핀(31)을 내측에서 탄성지지하여 외력이 작용하지 않는 상태에서 힌지핀(31)이 인출되도록 한다.

상기 개폐판(30)을 상기 덕트(21)에 결합시킬 때에는 작업자는 상기 힌지핀(31)을 눌러 힌지핀(31)을 개폐판(30) 내측으로 인입시킨 상태에서 개폐판(30)을 덕트(21) 내부로 밀어 넣고 개폐판(30)을 이동시켜 모터축핀(33)을 먼저 모터축에 축설시키고 다음으로 힌지핀(31)을 끼움홈(72)에 일치시키면 힌지핀(31)이 스프링(74)에 의해 인출되어 끼움홈(72)으로 삽입되어 결합되고,

상기 개폐판(30)을 상기 덕트(21)에서 분리시킬 때에는 작업자는 상기 힌지핀(31)을 눌러 힌지핀(31)을 끼움홈(72)에서 분리시킨 후에 개폐판(30)을 잡아당겨 모터축핀(33)이 모터축에서 분리되도록 한 후에 개폐판(30)을 덕트(21)에서 분리시키거나, 작업자는 개폐판(30)을 잡아당겨 모터축핀(33)을 먼저 모터축에서 분리시킨 후에 힌지핀(31)을 눌러 힌지핀(31)을 끼움홈(72)에서 분리시킨 후에 개폐판(30)을 덕트(21)에서 분리시키면 된다.

그리고 상기 힌지핀(31)이 위와 같은 탈착수단(70)을 통해 인출입되는 것처럼 상기 모터축핀(33)도 인출입도도록 할 수도 있다.

본원발명은 위와 같은 교체수단(60)과 탈착수단(70)을 구비하여서, 장기 사용에 의해 밀폐패드(50)가 마모되어 손상되거나 변형이 발생한 경우에 밀폐패드(50)만을 간단히 교체하면 되어서, 유지보수 비용을 절감할 수 있다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 냉온수조를 이용한 지열히트펌프 시스템에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

C : 컨트롤러
H : 온도센서 T : 온도센서
10 : 함체 11 : 유입구
20 : 배기팬유닛 21 : 덕트
23 : 배기팬 30 : 개폐판
40 : 모터 50 : 밀폐패드
60 : 교체수단 61 : 분기부
63 : 끼움링 65 : 안착홈
67 : 가압부 70 : 탈착수단
71 : 걸림날개 72 : 끼움홈
73 : 걸림홈 74 : 스프링
75 : 거림코 76 : 걸림턱
110 : 지열교환유닛 120 : 히트펌프유닛
130 : 냉난방유닛 140 : 냉난방계통변환유닛
141 : 냉온수조 142 : 냉온수용 열교환기
143 : 수조순환파이프 144 : 수조순환펌프
145 : 분기파이프 146 : 수조절환밸브

Claims (3)

1. 지열수가 순환하는 지열순환파이프를 포함하는 지열교환유닛;
   냉난방수가 순환하는 냉난방순환파이프를 포함하는 냉난방유닛;
   
   상기 지열순환파이프의 지열수와 열교환하는 지열용 열교환기와,
   상기 냉난방순환파이프의 냉난방수와 열교환하는 냉난방용 열교환기와,
   상기 지열용 열교환기와 상기 냉난방용 열교환기 간에 열교환 냉매가 흐르도록 하는 압축기를 포함하는 히트펌프유닛;
   
   냉온수조와,
   냉온수용 열교환기와,
   상기 냉온수조와 상기 냉온수용 열교환기 사이를 냉매가 순환하도록 하는 수조순환파이프와,
   상기 지열순환파이프에서 분기되어서 지열수가 상기 지열용 열교환기와 냉온수용 열교환기를 순환하도록 하는 분기파이프와,
   지열수가 상기 지열순환파이프 또는 상기 분기파이프를 순환하도록 하는 수조절환밸브를 포함하는 냉난방계통변환유닛;
   
   상기 지열교환유닛, 냉난방유닛, 히트펌프유닛 및 냉난방계통변환유닛을 제어하는 컨트롤러와,
   상기 컨트롤러를 내장하는 함체와,
   상기 컨트롤러의 제어에 의해 상기 함체의 내기를 외부로 배출시키는 배기부재를 포함하는 제어패널;을 포함하여 이루어지되,
   
   상기 배기부재는
   원통형 구조를 가져 상기 함체의 내외부를 연통시키는 덕트와,
   모터와,
   상기 모터에 의해 회전하여 상기 덕트를 개폐시키는 개폐판과,
   상기 개폐판의 테두리에 결합되고, 상기 덕트의 내면에 밀착되는 밀폐패드와,
   상기 밀폐패드가 상기 개폐판의 테두리에 교체 가능하게 결합되도록 하는 교체수단을 포함하되,
   
   상기 교체수단은
   상기 밀폐패드의 내측에서 양측으로 분기되어 상기 개폐판의 테두리 양측면을 각각 덮는 분기부와,
   상기 분기부의 내측 단부에 구비되는 끼움링과,
   상기 개폐판에 형성되어서 상기 끼움링이 삽입되어 안착되는 안착홈과,
   상기 안착홈의 위로 형성되어서 상기 끼움링의 표면을 가압하는 가압부를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉온수조를 이용한 지열히트펌프 시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 냉온수조에는 냉온수의 온도를 센싱하는 온도센서가 구비되고,
   상기 컨트롤러는 상기 온도센서가 전송하는 냉온수의 온도에 의해 상기 수조절환밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 냉온수조를 이용한 지열히트펌프 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 개폐판이 상기 덕트에 탈착 가능하게 결합되도록 하는 탈착수단;을 더 포함하되,
   
   상기 탈착수단은
   상기 덕트에 힌지결합되는 힌지핀의 내측 외주연에 돌출되어 구비되는 걸림날개와,
   상기 힌지핀이 인출입 가능하게 삽입되도록 상기 개폐판에 구비되는 끼움홈과,
   상기 걸림날개가 삽입되도록 상기 끼움홈과 연결되어 형성되는 걸림홈과,
   상기 끼움홈에 내장되어서 상기 힌지핀을 탄성지지하는 스프링과,
   상기 걸림날개의 표면에 돌출형성되는 걸림코와,
   상기 걸림홈의 입구 내벽에 돌출형성되어 상기 걸림코가 걸리는 걸림턱을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉온수조를 이용한 지열히트펌프 시스템.

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