KR101403451B1 - Heat Pump System Using Ground Heat Source - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지열 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, 지중의 열원과 열교환하는 지중열교환기를 순환하도록 하는 열원유닛과, 상기 히트펌프의 부하측 열교환기에서 상기 냉매와 열교환한 부하측 2차유체가, 부하와 열교환하도록 하는 부하유닛을 포함하며, 상기 열원유닛은, 상기 히트펌프의 열원측 열교환기로부터 나온 열원측 2차유체가 지중열교환기로 유입되기 전에 분기되어 외부로부터 공급되는 보조유체와 열교환하는 보조열교환기를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 지열 히트펌프 시스템은 히트펌프에 설계온도 이상의 과도한 부하가 걸리는 것을 방지할 수 있어 설계시 검토된 효율로 운전이 가능한 것과, 안정적 운전을 통한 열원공급의 균일성을 확보하는 효과를 발휘한다. The present invention relates to a geothermal heat pump system, and more particularly, to a geothermal heat pump system including a heat pump having a compressor, a directional switching valve, a load side heat exchanger, an expansion device, and a refrigerant pipe formed so as to circulate refrigerant through a heat source side heat exchanger, Side secondary fluid heat-exchanged with the refrigerant is circulated through an underground heat exchanger in which heat is exchanged with a heat source in the ground, and a load side secondary fluid that is heat-exchanged with the refrigerant in the load side heat exchanger of the heat pump, Wherein the heat source unit includes an auxiliary heat exchanger that branches off before the heat source side secondary fluid from the heat source side heat exchanger of the heat pump is introduced into the underground heat exchanger and performs heat exchange with the auxiliary fluid supplied from the outside, . The geothermal heat pump system of the present invention can prevent the heat pump from being excessively loaded at a temperature higher than the design temperature so that it is possible to operate at efficiency that is considered in designing and to secure uniformity of heat source supply through stable operation .

Description

지열 히트펌프 시스템{Heat Pump System Using Ground Heat Source}[0001] The present invention relates to a geothermal heat pump system,

본 발명은 지열을 열원으로 하여 건물 등에 냉난방을 행하는 지열 히트펌프 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 히트펌프로 유입되는 열원측 2차유체의 온도를 조절함으로써 안정적인 운전이 가능한 지열 히트펌프 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a geothermal heat pump system that uses geothermal heat as a heat source for cooling and heating buildings and the like. And more particularly, to a geothermal heat pump system capable of stable operation by regulating the temperature of a secondary fluid flowing into a heat pump.

지열 히트펌프 시스템은, 지중의 열원인 지열과 열교환하는 히트펌프를 이용하여 건물 등의 부하에 대해서 냉방 및 난방을 행하는 공기조화시스템이다. 지열 히트펌프 시스템은 냉방 시에는 건물 내의 열을 지중으로 방출하고, 난방 시에는 지중의 열을 흡수하여 건물 내로 공급함으로써 냉방 및 난방 운전을 선택적으로 행하게 된다.The geothermal heat pump system is an air conditioning system that performs cooling and heating for a load such as a building using a heat pump that exchanges heat with geothermal heat, which is a heat source in the ground. The geothermal heat pump system radiates heat in the building to the ground during cooling and absorbs the heat in the ground during heating to supply cooling water to the building.

도 1은 종래 지열 히트펌프 시스템을 도시한 것이다. 도 1에 도시한 것과 같이 종래의 지열 히트펌프 시스템은, 냉매가 순환하는 히트펌프(10), 히트펌프(10)와 열교환한 열원측 2차유체를 지중을 통과하도록 순환시키는 열원순환펌프(20), 그리고 히트펌프(10)와 열교환한 부하측 2차유체(냉수 또는 온수)를 건물 등의 부하를 통과하도록 순환시키는 냉온수펌프(30)를 구비하고 있다. 1 shows a conventional geothermal heat pump system. 1, a conventional geothermal heat pump system includes a heat pump 10 through which a refrigerant circulates, a heat source circulation pump 20 for circulating a heat source-side secondary fluid heat-exchanged with the heat pump 10 to pass through the earth And a cold / hot water pump 30 for circulating the load side secondary fluid (cold water or hot water) heat-exchanged with the heat pump 10 to pass through a load such as a building.

히트펌프(10)는 냉매를 압축하는 압축기(11), 냉매의 순환방향을 전환시키는 방향전환밸브(12), 냉매가 부하를 통과하는 부하측 2차유체와 열교환하는 부하측 열교환기(13), 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(14), 및 냉매가 지중에 설치된 지중열교환기(40)를 통과하는 열원측 2차유체와 열교환하는 열원측 열교환기(15)를 구비하고 있다. 부하에서 냉방 또는 난방이 요구되는 경우, 히트펌프(10)는 냉매의 순환방향을 전환시킴으로써 열원측 열교환기에서의 냉매와 열원측 2차유체의 열교환 방향 및 부하측 열교환기에서의 냉매와 부하측 2차유체의 열교환 방향이 전환되도록 한다. 이로 인해서 부하측 2차유체가 냉수 또는 온수가 되어 부하로 공급되게 되고, 그 결과 부하에 대해서 냉방 또는 난방을 행하게 된다.The heat pump 10 includes a compressor 11 for compressing the refrigerant, a direction switching valve 12 for switching the circulation direction of the refrigerant, a load side heat exchanger 13 for exchanging heat with the load side secondary fluid through which the refrigerant passes, And a heat source-side heat exchanger (15) for exchanging heat with the secondary fluid on the heat source passing through the in-ground heat exchanger (40) in which the refrigerant is installed in the ground. In the case where cooling or heating is required in the load, the heat pump 10 changes the circulation direction of the refrigerant, thereby changing the direction of heat exchange between the refrigerant in the heat source side heat exchanger and the secondary fluid in the heat source side, So that the heat exchange direction of the fluid is switched. As a result, the secondary fluid in the load becomes cold water or hot water and is supplied to the load. As a result, the load is cooled or heated.

참고로, 도 1에서 부하에 대해서 구체적으로 도시하지 않았으며, 부하측 2차유체가 부하측으로 공급되는 공급헤더(S/H : Supply Header, 31) 및 부하측으로부터 환수되는 환수헤더(R/H : Return Header. 32) 만을 도시하였다. 부하는 배관을 통하여 위 공급헤더(31) 및 환수헤더(32)에 연결된다. 1, a supply header (S / H: Supply Header 31) for supplying a load-side secondary fluid to the load side and a return head (R / H: Return Header. The load is connected to the upper supply header 31 and the return header 32 through the piping.

이러한 지열 히트펌프 시스템은 장시간 연속적으로 운전하는 경우 지중열교환기(40)에서는 열을 지속적으로 지중으로 방출하거나(냉방시), 열을 지속적으로 지중으로부터 흡수하게 된다(난방시). 이와 같이 지중열교환기(40)에서 열이 지중으로 지속적으로 방출되거나 지중으로부터 지속적으로 흡수되는 경우, 지중열교환기(40)에서는 열이 축적되거나 열이 부족하게 되어, 히트펌프(10)의 열원측 열교환기(15)로 유입되는 열원측 2차유체의 온도가 지속적으로 낮아지거나(냉방시), 높아지게 된다(난방시). When the geothermal heat pump system operates continuously for a long time, the geothermal heat exchanger 40 continuously discharges the heat to the ground (when cooling) or absorbs the heat continuously from the ground (when heating). In this way, when the heat is continuously discharged from the underground heat exchanger 40 to the ground or continuously absorbed from the underground, the heat is accumulated in the underground heat exchanger 40 or the heat is insufficient, The temperature of the secondary fluid on the side of the heat source flowing into the heat exchanger 15 is continuously lowered (at the time of cooling) or increased (at the time of heating).

예를 들면 난방 운전모두에서 지열 히프펌스 시스템을 연속적으로 100시간 운전하는 경우 열원측 열교환기(15)로 유입되는 열원측 2차유체의 온도가 설계온도인 30℃보다 높아지게 된다. For example, when the geothermal heat pump system is continuously operated for 100 hours in all the heating operations, the temperature of the secondary fluid flowing into the heat source side heat exchanger 15 becomes higher than the design temperature of 30 deg.

이 경우 지열 히트펌프 시스템이 설계온도를 벗어나 운전이 되기 때문에 시스템 성능이 저하되며 안정적으로 운전할 수 없는 문제점이 있다. 또한 이로 인해서 히트펌프의 수명이 단축되는 문제점이 있다.In this case, since the geothermal heat pump system is operated at a temperature outside the design temperature, system performance is degraded and stable operation can not be performed. In addition, there is a problem that the service life of the heat pump is shortened.

본 발명은 이러한 종래 지열 히트펌프 시스템의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 히트펌프에서 열원측 열교환기에서 냉매와 열교환된 뒤 지중열교환기로 유입되는 열원측 2차유체가 외부로부터 공급되는 보조유체와 열교환하도록 하여, 지중열교환기에서 열이 축적되지 않도록 하고, 그 결과 히트펌프에서 열원측 열교환기로 유입되는 온도를 설계온도로 맞추도록 함으로써, 지중열교환기가 안정적으로 운전될 수 있는 지열히트펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the problems of the conventional geothermal heat pump system, the present invention provides a heat pump system in which a heat source side heat exchanger is heat-exchanged with a refrigerant and then a heat source side secondary fluid introduced into an underground heat exchanger performs heat exchange with an auxiliary fluid supplied from the outside The present invention provides a geothermal heat pump system capable of stably operating the underground heat exchanger by preventing the heat from being accumulated in the underground heat exchanger and consequently allowing the temperature to flow into the heat source side heat exchanger from the heat pump to the design temperature The purpose.

이러한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 지열 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, 지중의 열원과 열교환하는 지중열교환기를 순환하도록 하는 열원유닛과, 상기 히트펌프의 부하측 열교환기에서 상기 냉매와 열교환한 부하측 2차유체가, 부하와 열교환하도록 하는 부하유닛을 포함하며, 상기 열원유닛은, 상기 히트펌프의 열원측 열교환기로부터 나온 열원측 2차유체가 지중열교환기로 유입되기 전에 분기되어 외부로부터 공급되는 보조유체와 열교환하는 보조열교환기를 구비하는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a geothermal heat pump system, and more particularly, to a geothermal heat pump system including a heat pump having a compressor, a directional switching valve, a load side heat exchanger, an expansion device, and a refrigerant pipe formed so as to circulate the refrigerant through a heat source side heat exchanger, A heat source unit for circulating a secondary heat source-side secondary fluid heat-exchanged with the refrigerant in the heat source-side heat exchanger of the pump so as to circulate the underground heat exchanger for heat exchange with a heat source in the ground; Wherein the heat source unit is branched from the heat source side heat exchanger of the heat pump before the heat source side secondary fluid flows into the underground heat exchanger, And an auxiliary heat exchanger for exchanging heat with the heat exchanger.

이러한 구성에 의해서 보조열교환기를 통해서 지중열교환기로 유입되는 열원측 2차유체의 온도를 유입설계온도로 맞출 수 있기 때문에, 장시간 지속적으로 운전하더라도 지중열교환기에 열이 설계온도를 벗어나서 축적되지 않게 된다. 이로 인해서 지중열교환기를 거쳐 히트펌프의 열원측 열교환기로 유입되는 열원측 2차유체의 온도를 설계온도에 맞출 수 있다.With this configuration, since the temperature of the secondary fluid on the heat source side flowing into the geothermal heat exchanger through the auxiliary heat exchanger can be adjusted to the influent design temperature, the heat does not accumulate in the geothermal heat exchanger even if it is continuously operated for a long time. Therefore, the temperature of the secondary fluid flowing into the heat source side heat exchanger of the heat pump through the underground heat exchanger can be adjusted to the design temperature.

따라서, 본 발명의 지열 히트펌프 시스템은 히트펌프에 설계온도 이상의 과도한 부하가 걸리는 것을 방지할 수 있어 설계시 검토된 효율로 운전이 가능한 것과, 안정적 운전을 통한 열원공급의 균일성을 확보하는 효과를 발휘한다. Therefore, the geothermal heat pump system of the present invention can prevent the heat pump from being excessively loaded at a temperature higher than the design temperature, so that the system can be operated at the efficiency considered in designing and the effect of securing uniformity of the heat source supply through stable operation I will exert.

도 1은 종래의 지열 히트펌프 시스템을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따르는 지열 히트펌프 시스템을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 따르는 지열 히트펌프 시스템의 동작을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 따르는 지열 히트펌프 시스템의 동작을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 따르는 지열 히트펌프 시스템의 다른 실시형태를 나타내는 도면.1 shows a conventional geothermal heat pump system.
2 shows a geothermal heat pump system according to the invention;
3 shows the operation of a geothermal heat pump system according to the invention;
4 shows the operation of a geothermal heat pump system according to the invention;
5 shows another embodiment of a geothermal heat pump system according to the invention;

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따르는 지열 히트펌프 시스템에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, a geothermal heat pump system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저 도 2를 참조하면, 본 발명에 따르는 지열 히트펌프 시스템은, 히트펌프(100), 부하유닛(200) 및 열원유닛(300)을 포함한다.2, the geothermal heat pump system according to the present invention includes a heat pump 100, a load unit 200, and a heat source unit 300.

히트펌프(100)는 종래와 같이 냉매를 압축하는 압축기(110), 냉매의 순환방향을 전환시키는 방향전환밸브(120), 냉매가 부하를 통과하는 부하측 2차유체와 열교환하는 부하측 열교환기(130), 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(140), 및 냉매가 지중에 설치된 지중열교환기(310)를 통과하는 열원측 2차유체와 열교환하는 열원측 열교환기(150)를 구비한다. 이들 히트펌프(100)의 구성들은 냉매배관(L100)을 통해서 연결되어 있다.The heat pump 100 includes a compressor 110 for compressing a refrigerant, a direction switching valve 120 for switching the circulation direction of the refrigerant, a load side heat exchanger 130 for exchanging heat with a load side secondary fluid through which the refrigerant passes, ), An expansion valve (140) for expanding the refrigerant, and a heat source side heat exchanger (150) for exchanging heat with the secondary fluid on the side of the heat source passing through the underground heat exchanger (310) in which the refrigerant is installed in the ground. The configurations of these heat pumps 100 are connected through a refrigerant pipe L100.

부하유닛(200) 역시 종래와 같이, 부하측 2차유체가 부하배관(L200)을 통해서 부하와 히트펌프(100)의 부하측 열교환기(130)를 순환하도록 하는 냉온수펌프(210)를 구비하며, 부하와는 공급헤더(220) 및 환수헤더(230)를 통해서 연결된다.The load unit 200 also includes a cold / hot water pump 210 for circulating the load and the load side heat exchanger 130 of the heat pump 100 through the load pipe L200, Are connected via a supply header (220) and a return header (230).

열원유닛(300)은, 열원측 2차유체가 열원배관(L300)을 통해서 히트펌프(100)의 열원측 열교환기(150)와 지중에 설치된 지중열교환기(310)를 순환하도록 하는 열원순환펌프(330)를 구비한다.The heat source unit 300 is a heat source circulation pump that circulates the heat source side heat exchanger 150 of the heat pump 100 and the underground heat exchanger 310 installed in the ground through the heat source pipe L300, (330).

또한 열원유닛(300)은, 열원배관(L300) 중 히트펌프(100)의 열원측 열교환기(150)와 지중열교환기(310) 사이의 분기점(P1)에서 분기되고 합류점(P2)에서 합류되는 보조배관(L320)이 설치되어 있으며, 보조배관(L320)에는 보조열교환기(320)가 설치되어 있다. 또한 보조열교환기(320)에는 외측배관(L330)을 통해서 외부로부터 공급되는 보조유체(물, 공기 등)가 통과한다. The heat source unit 300 is branched from the heat source pipe L300 at the branch point P1 between the heat source side heat exchanger 150 and the underground heat exchanger 310 of the heat pump 100 and joined at the merge point P2 An auxiliary piping L320 is installed and an auxiliary piping L320 is provided with an auxiliary heat exchanger 320. [ Auxiliary fluid (water, air, etc.) supplied from the outside through the outer pipe L330 is passed through the auxiliary heat exchanger 320. [

이러한 구성에 의해서 보조열교환기(320)에서는 보조유체와 열원측 2차유체이 열교환하게 되고, 그 결과 보조유체는 보조열교환기(320)를 통과한 후 온도가 높아지거나(냉방시) 낮아지게 되며(난방시), 반대로 열원측 2차유체는 보조열교환기(320)를 통과한 후 온도가 낮아지거나(냉방시) 높아지게 된다(난방시). 따라서, 보조열교환기(320)를 통과한 보조유체를 이용하여 하절기 냉방시에서도 온수를 얻을 수 있으며, 또한 동절기 난방시에도 냉수를 얻을 수 있게 된다. 얻어진 온수 및 냉수는 별도의 용도, 즉 급탕에 필요한 예열을 위해서 및 냉각이 필요한 공간의 냉각을 위해서 사용할 수 있다. In this way, in the auxiliary heat exchanger 320, the secondary fluid and the secondary fluid of the heat source side are heat-exchanged, and as a result, the auxiliary fluid is lowered in temperature after cooling (after cooling) or after passing through the auxiliary heat exchanger 320 (On heating), conversely, the secondary fluid of the heat source side is lowered (when the air conditioner is cooled) after passing through the auxiliary heat exchanger 320 (when heating). Therefore, hot water can be obtained even during the summer cooling by using the auxiliary fluid that has passed through the auxiliary heat exchanger 320, and cold water can be obtained even during the winter season. The obtained hot water and cold water can be used for other purposes, that is, for preheating necessary for hot water supply and for cooling of a space requiring cooling.

한편, 히트펌프(100)의 열원측 열교환기(150)를 통과한 열원측 2차유체는 보조배관(L320)을 통해서 보조열교환기(320)를 거치면서 보조유체와 열교환을 행한 후 다시 열원배관(L300)을 통해서 지중열교환기(310)로 흐르게 된다. The heat source side secondary fluid that has passed through the heat source side heat exchanger 150 of the heat pump 100 performs heat exchange with the auxiliary fluid through the auxiliary heat exchanger 320 through the auxiliary pipe L320, (L300) to the underground heat exchanger (310).

열원유닛(300)의 열원배관(L300) 중 히트펌프(100)의 열원측 열교환기(150) 출구와 보조배관(L320)과의 분기점(P1)과의 사이에는, 히트펌프(100)의 열원측 열교환기(150)를 통과하여 지중열교환기(310)로 유입되는 열원측 2차유체의 온도를 측정하기 위한 제1 온도센서(331)가 설치된다. 이 제1 온도센서(331)에서 측정한 온도를 기초로 하여 열원측 2차유체가 지중열교환기(310)로 유입되기 전에 보조열교환기(320)로 흐르도록 할지 여부가 결정된다. A heat source 100 of the heat pump 100 is connected between an outlet of the heat source side heat exchanger 150 of the heat pump 100 and a branch point P1 of the auxiliary pipe L320 among the heat source pipe L300 of the heat source unit 300, A first temperature sensor 331 for measuring the temperature of the secondary fluid flowing into the underground heat exchanger 310 through the side heat exchanger 150 is provided. Based on the temperature measured by the first temperature sensor 331, it is determined whether or not the secondary fluid of the heat source flows to the auxiliary heat exchanger 320 before flowing into the geothermal heat exchanger 310.

구체적으로, 지열 히트펌프 시스템에는 히트펌프(100)의 운전에 부하를 주지않도록 하는 지중열교환기(310)로의 열원측 2차유체의 유입온도(이하, '유입설계온도')가 설정되어 있다. 예를 들면 하절기 냉방시에는 지중열교환기(310)로의 열원측 2차유체의 유입온도가 37℃ 이상이 되면 히트펌프(100)에 부하가 걸리게 되며, 동절기 난방시에는 지중열교환기(310)로의 열원측 2차유체의 유입온도가 0℃ 이하가 되면 히트펌프(100)에 부하가 걸리게 된다. 따라서 제1 온도센서(331)에서 측정된 열원측 2차유체의 유입온도가 이들 유입설계온도 보다 높거나(냉방시) 낮은(난방시) 경우, 지중열교환기(310)로 유입되기 전의 열원측 2차유체를 보조열교환기(320)로 흐르게 하고, 보조열교환기(320)에서 보조유체와 열교환하도록 하여 온도를 낮추거나(냉방시) 높게하여(난방시) 지중열교환기(310)로 유입되는 열원측 2차유체의 온도를 유입설계온도로 맞추게 된다. Specifically, the inflow temperature of the secondary fluid of the heat source (hereinafter referred to as "inflow design temperature") is set to the geothermal heat pump system so as not to load the operation of the heat pump 100. For example, during the summer cooling, when the inflow temperature of the secondary fluid on the heat source side to the underground heat exchanger 310 becomes 37 ° C or more, a load is applied to the heat pump 100, When the inflow temperature of the secondary fluid on the heat source side becomes 0 DEG C or less, a load is applied to the heat pump 100. [ Therefore, when the inflow temperature of the secondary fluid on the heat source side measured by the first temperature sensor 331 is higher than the inflow design temperature (on cooling) or lower (on heating), the heat source side before entering the underground heat exchanger 310 The secondary fluid is caused to flow to the auxiliary heat exchanger 320 and the auxiliary heat exchanger 320 performs heat exchange with the auxiliary fluid to lower the temperature or to increase the temperature The temperature of the secondary fluid on the heat source side is adjusted to the inlet design temperature.

한편, 열원측 2차유체가 보조열교환기(320)로 선택적으로 흐르게 하기 위해서, 열원유닛(300)은 제1 밸브수단으로서 밸브(341)와 밸브(342)를 구비한다. 구체적으로 밸브(341)는 열원배관(L300) 중 보조배관(L320)과의 분기점(P1)과 합류점(P2)과의 사이에 설치되며, 밸브(342)는 분기점(P1)과 보조열교환기(320)와의 사이에 설치된다. 밸브(341)가 폐쇄되고 밸브(342)가 개방되는 경우 열원측 2차유체는 보조열교환기(320)로 흐르게 된다. 반대로 밸브(341)가 개방되고 밸브(342)가 폐쇄되는 경우 열원측 2차유체는 보조열교환기(320)로 흐르지 않게 된다.On the other hand, the heat source unit 300 has the valve 341 and the valve 342 as the first valve means in order to selectively flow the heat source-side secondary fluid to the auxiliary heat exchanger 320. Specifically, the valve 341 is disposed between the branch point P1 and the junction point P2 of the heat source pipe L300 with the auxiliary pipe L320, and the valve 342 is connected between the branch point P1 and the auxiliary heat exchanger 320, respectively. When the valve 341 is closed and the valve 342 is opened, the heat source side secondary fluid flows to the auxiliary heat exchanger 320. In contrast, when the valve 341 is opened and the valve 342 is closed, the heat source side secondary fluid does not flow to the auxiliary heat exchanger 320.

또한, 열원유닛(300)은 위 보조열교환기(320)를 거친 열원측 2차유체의 온도를 측정하기 위한 제2 온도센서(332)를 구비하며, 아울러 보조열교환기(320)를 거친 열원측 2차유체를 지중열교환기(310)로 선택적으로 유입하기 위해서 바이패스배관(L340), 제2 밸브수단(밸브(351), 밸브(352))을 구비한다.The heat source unit 300 includes a second temperature sensor 332 for measuring the temperature of the secondary fluid on the heat source side through the upper auxiliary heat exchanger 320, A bypass pipe L340 and second valve means (valve 351, valve 352) are provided for selectively introducing the secondary fluid to the underground heat exchanger 310. [

제2 온도센서(332)는 본 실시형태에서는 열원배관(L300)과 보조배관(L310)이 합류하는 합류점(P2)과 지중열교환기(130)와의 사이에 설치된다. 제2 온도센서(332)에서 측정된 보조열교환기(320)를 거친 열원측 2차유체의 온도는, 설계상 지중열교환기(310)로부터 유출되어 히트펌프(100)의 열원측 열교환기(150)로 유입되는 온도(이하 '유출설계온도')와 부합하는지 여부의 판단 기준이 된다. 유출설계온도는 예를 들면, 냉방시에는 30℃이며, 난방시에는 5℃이다.The second temperature sensor 332 is installed between the joint point P2 where the heat source pipe L300 and the auxiliary pipe L310 join and the underground heat exchanger 130 in this embodiment. The temperature of the secondary fluid of the heat source side which has passed through the auxiliary heat exchanger 320 measured by the second temperature sensor 332 is designed so that it flows out from the underground heat exchanger 310 and flows into the heat source side heat exchanger 150 (Hereinafter referred to as " outflow design temperature "). The outflow design temperature is, for example, 30 占 폚 for cooling and 5 占 폚 for heating.

바이패스배관(L340)은 열원배관(L300) 중 보조열교환기(320)와 지중열교환기(310) 사이의 분기점(P3)에서 분기되어 지중열교환기(310)와 히트펌프(100)의 열원측 열교환기(150)와의 사이의 합류점(P4)에서 합류된다. 또한 밸브(351)는 분기점(P3)과 지중열교환기(310)와의 사이에 설치되며, 밸브(352)는 바이패스배관(L340)에 설치된다.The bypass piping L340 is branched from the branch point P3 between the auxiliary heat exchanger 320 and the underground heat exchanger 310 of the heat source pipe L300 and connected to the heat source side of the underground heat exchanger 310 and the heat pump 100 And merges at the merge point (P4) between the heat exchanger (150). The valve 351 is installed between the branch point P3 and the underground heat exchanger 310 and the valve 352 is installed in the bypass pipe L340.

이러한 구성에 의해서, 보조열교환기(320)에서 충분히 열교환되어 제2 온도센서(332)에서 측정한 열원측 2차유체의 온도가 위 유출설계온도에 도달하여 지중열교환기(320)를 거칠 필요가 없는 경우에는, 밸브(351)를 폐쇄하고 밸브(352)를 개방하여 지중열교환기(320)를 거치지 않고 바로 히트펌프(100)의 열원측 열교환기(150)로 유입할 수 있도록 할 수 있다. 또한 보조열교환기(320)에서 열교환된 열원측 2차유체의 온도가 위 유출설계온도에 도달하지 못하여 지중열교환기(320)에서 추가로 열교환을 행할 필요가 있는 경우에는 밸브(351)를 개방하고 밸브(352)를 폐쇄하여 열원측 2차유체가 지중열교환기(320)를 거치도록 할 수 있다. 보조열교환기(320)에서 열교환된 열원측 2차유체의 온도가 위 유출설계온도에 도달하지 못하여 지중열교환기(320)에서 추가로 열교환을 행할 필요가 있는 경우에, 밸브(351) 및 밸브(352)를 모두 개방하여 열원측 2차유체가 지중열교환기(310)를 부분적으로 거치도록 할 수 있다.With this configuration, it is necessary that the temperature of the secondary fluid at the heat source side measured by the second temperature sensor 332 sufficiently heat-exchanged in the auxiliary heat exchanger 320 reaches the upper outflow design temperature and passes through the underground heat exchanger 320 The valve 351 may be closed and the valve 352 may be opened to allow the refrigerant to flow directly into the heat source side heat exchanger 150 of the heat pump 100 without passing through the underground heat exchanger 320. [ When the temperature of the secondary fluid on the heat source side in the auxiliary heat exchanger 320 does not reach the upper flow design temperature and further heat exchange needs to be performed in the geothermal heat exchanger 320, the valve 351 is opened The valve 352 may be closed to allow the secondary fluid of the heat source to pass through the underground heat exchanger 320. When the temperature of the secondary fluid on the heat source side that has been heat-exchanged in the auxiliary heat exchanger 320 does not reach the upper flow design temperature and further heat exchange is required in the geothermal heat exchanger 320, the valve 351 and the valve 352 are opened to allow the secondary fluid of the heat source to partially pass through the underground heat exchanger 310.

이하 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명에 따르는 지열 히트펌프 시스템의 동작에 대해서 보다 상세하게 설명한다. 도 3은 열원측 2차유체가 보조열교환기(320) 및 지중열교환기(310)를 모두 거치는 경우를 나타내는 것이다.Hereinafter, the operation of the geothermal heat pump system according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. FIG. 3 shows a case where the secondary fluid on the heat source side passes through both the auxiliary heat exchanger 320 and the underground heat exchanger 310.

도 3에 도시한 것과 같이, 지열 히트펌프 시스템의 장시간 지속적으로 운전하는 등의 원인으로 인해서, 제1 온도센서(331)에서 측정한 히트펌프(300)의 열원측 열교환기(150)를 거친 열원측 2차유체의 온도가 지중열교환기(310)로의 유입설계온도 보다 높거나(냉방시) 낮은(난방시) 경우, 제1 밸브수단의 밸브(341)를 폐쇄하고 밸브(342)를 개방하여, 열원측 2차유체가 보조열교환기(320)를 거치도록 한다. 보조열교환기(320)에서는 열원측 2차유체가 외부로부터 공급되는 보조유체와 열교환을 하여 온도가 낮아지거나(냉방시) 높아지게 된다(난방시). 이와 반대로 보조유체는 냉방시에는 온도가 높아져 온수가 되며 난방시에는 온도가 낮아져 냉수가 된다. 이러한 온수 및 냉수는 별도의 용도로 사용될 수 있다.As shown in FIG. 3, the heat source 300 is connected to the heat source side heat exchanger 150 of the heat pump 300, which is measured by the first temperature sensor 331, The valve 341 of the first valve means is closed and the valve 342 is opened (i.e., when the temperature of the secondary fluid is higher than the inflow design temperature to the geothermal heat exchanger 310 , And the secondary fluid on the heat source side passes through the auxiliary heat exchanger (320). In the auxiliary heat exchanger (320), the secondary fluid on the heat source side performs heat exchange with the auxiliary fluid supplied from the outside, and the temperature is lowered (when cooling) (when heating). On the contrary, the auxiliary fluid becomes hot water when it is cooled and becomes cold water when it is heated. Such hot water and cold water can be used for other purposes.

또한 보조열교환기(320)를 거친 열원측 2차유체의 온도가, 설계상 지중열교환기(310)로부터 유출되어 히트펌프(100)의 열원측 열교환기(150)로 유입되는 유출설계온도에 도달하지 못한 경우, 제2 밸브수단인 밸브(351)를 개방하고 밸브(352)를 폐쇄하여 열원측 2차유체가 지중열교환기(310)를 거치도록 한다. 따라서 열원측 2차유체는 지중열교환기(310)를 거치면서 지중과 열교환하여 유출설계온도에 도달한 후 히트펌프(100)의 열원측 열교환기(150)로 유입되도록 한다.The temperature of the secondary fluid of the heat source side through the auxiliary heat exchanger 320 is designed to reach the outlet design temperature at which the fluid flows out from the underground heat exchanger 310 and flows into the heat source side heat exchanger 150 of the heat pump 100 The valve 351 as the second valve means is opened and the valve 352 is closed so that the secondary fluid on the heat source side passes through the underground heat exchanger 310. Therefore, the secondary fluid on the heat source side is heat-exchanged with the ground through the underground heat exchanger 310 to reach the outflow design temperature, and then flows into the heat source side heat exchanger 150 of the heat pump 100.

도 4는 열원측 2차유체가 보조열교환기(320)를 거치나, 지중열교환기(310)를 거치지 않는 경우를 나타내는 것이다. 도 4에 도시된 것과 같이, 보조열교환기(320)를 거친 열원측 2차유체의 온도가, 설계상 지중열교환기(310)로부터 유출되어 히트펌프(100)의 열원측 열교환기(150)로 유입되는 유출설계온도에 도달한 경우에는, 제2 밸브수단인 밸브(351)를 폐쇄하고 밸브(351)를 개방하여 열원측 2차유체가 지중열교환기(310)를 거치지 않고 바로 히트펌프(100)의 열원측 열교환기(150)로 유입되도록 한다. 4 shows a case where the secondary fluid on the heat source passes through the auxiliary heat exchanger 320 but does not pass through the underground heat exchanger 310. [ 4, the temperature of the secondary fluid of the heat source side through the auxiliary heat exchanger 320 is designed to flow from the underground heat exchanger 310 to the heat source side heat exchanger 150 of the heat pump 100 The valve 351 serving as the second valve means is closed and the valve 351 is opened so that the secondary fluid of the heat source does not flow through the underground heat exchanger 310 directly to the heat pump 100 ) Heat exchanger (150) of the heat source side heat exchanger (150).

이와 같이, 본 발명에 따르는 지열 히트펌프 시스템은 보조열교환(320)에 의해서 히트펌프(300)의 열원측 열교환기(150)를 거친 열원측 2차유체의 온도를 보조적으로 낮추거나(냉방시) 높게(난방시) 함으로써 열원측 열교환기(150)로 유입되는 열원측 2차유체의 온도를 설계온도에 맞출 수 있게 된다. 따라서 지열 히트펌프 시스템을 장시간 지속적으로 운전하는 경우라도 안정적으로 운전할 수 있으며, 또한 히트펌프에 과부하가 걸리지 않도록 하여 수명을 늘일 수 있다. 또한 보조열교환기(320)에서 열원측 2차유체와 열교환한 보조유체를 이용하여 냉방 중에도 온수를 얻을 있거나 난방 중에도 냉수를 얻을 수 있으며, 그 결과, 에너지 효율을 높일 수 있다. As described above, the geothermal heat pump system according to the present invention assists in lowering (cooling) the temperature of the secondary fluid of the heat source through the heat source side heat exchanger 150 of the heat pump 300 by the auxiliary heat exchanger 320, The temperature of the secondary fluid at the heat source side flowing into the heat source side heat exchanger 150 can be adjusted to the design temperature. Therefore, even when the geothermal heat pump system is continuously operated for a long time, it can be operated stably, and the life of the heat pump can be extended by preventing the heat pump from being overloaded. Also, by using auxiliary fluid heat-exchanged with the secondary fluid on the heat source side in the auxiliary heat exchanger 320, hot water can be obtained during cooling or cold water can be obtained even during heating, and as a result, energy efficiency can be increased.

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.As described above, the geothermal heat pump system according to the present invention has been described with reference to the preferred embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments and can be practiced by those skilled in the art The present invention can be variously modified and changed without departing from the spirit and scope of the present invention described above.

예를 들면, 위 실시형태에서는 제1 밸브수단으로 밸브(341) 및 밸브(342)를 설치하였으나, 도 2의 분기점(P1)에 삼방밸브를 설치하여 열원측 2차유체를 보조열교환기(320)로 선택적으로 흐르게 할 수 있다.For example, although the valve 341 and the valve 342 are provided as the first valve means in the above embodiment, a three-way valve is provided at the branch point P1 of Fig. 2 to connect the heat source secondary fluid to the auxiliary heat exchanger 320 ). ≪ / RTI >

또한 위 실시형태에서는 제2 밸브수단으로 밸브(351) 및 밸브(352)를 설치하였으나. 도 2의 분기점(P3)에 삼방밸브를 설치하여 열원측 2차유를 지중열교환기(310)로 선택적으로 흐르게 할 수 있다.In the above embodiment, the valve 351 and the valve 352 are provided as the second valve means. A three-way valve may be provided at the branch point P3 of FIG. 2 to allow the second-order oil on the heat source side to flow selectively to the underground heat exchanger 310. FIG.

또한 위 실시형태에서는 제2 온도센서(332) 및 바이패스배관(L340)의 분기점(P3)이 열원배관(L300)에 설치되어 있으나, 도 5에 도시된 것과 같이 보조열교환기(320)와 분기점(P2)과의 사이에(보조열교환기(320)의 출구에) 설치되어 있어도 된다. 이러한 구성에 의하더라도 제2 온도센서(332)에 의해서 보조열교환기(320)를 통과한 열원측 2차유체의 온도를 측정할 수 있으며, 이를 근거로 하여 보조열교환기(320)를 통과한 열원측 2차유체를 지중열교환기(320)를 거치지 않도록 바이패스시킬 수 있다.In the above embodiment, the branch point P3 of the second temperature sensor 332 and the bypass pipe L340 is provided in the heat source pipe L300. However, as shown in FIG. 5, the auxiliary heat exchanger 320, (At the outlet of the auxiliary heat exchanger 320) with the second heat exchanger P2. The second temperature sensor 332 can measure the temperature of the secondary fluid on the side of the heat source that has passed through the auxiliary heat exchanger 320. Based on the temperature of the secondary fluid on the side of the auxiliary heat exchanger 320, Side secondary fluid can be bypassed so as not to pass through the underground heat exchanger (320).

또한 도 5에 도시된 제3 온도센서(333)를 열원배관(L300) 중 히트펌프(100)의 열원측 열교환기(150)의 입구측에 설치할 수 있으며, 이 제3 온도센서(333)를 통해서 히트펌프(100)의 열원측 열교환기(150)의 입구로 유입되는 온도를 측정하고 이를 근거로 하여 보조열교환기(320)를 통과한 열원측 2차유체를 지중열교환기(320)를 거치는지 여부를 결정할 수 있다. The third temperature sensor 333 shown in FIG. 5 can be provided at the inlet side of the heat source side heat exchanger 150 of the heat pump 100 of the heat source pipe L300. The third temperature sensor 333 Side heat exchanger (150) of the heat pump (100) is measured. Based on the measured temperature, the secondary fluid of the heat source that has passed through the auxiliary heat exchanger (320) passes through the underground heat exchanger Can be determined.

또한 도 5에 도시된 것과 같이 바이패스배관(L340)에 별도의 열원보조순환펌프(360)를 설치하여, 지중열교환기(310)를 거치지 않는 경우에 열원측 2차유체를 순환시킬 수 있다. 이 경우 지열교환기(310)를 순환하지 않기 때문에 열원보조순환펌프(360)는 열원순환펌프(330) 보다 용량이 적은 것을 사용할 수 있다. 그 결과 에너지 절약 및 비용 절약을 도모할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 5, a separate heat source auxiliary circulation pump 360 may be provided in the bypass pipe L340 so that the secondary fluid at the heat source side can be circulated when the underground heat exchanger 310 is not used. In this case, since the circulation is not performed in the geothermal heat exchanger 310, the heat source auxiliary circulation pump 360 can use a smaller capacity than the heat source circulation pump 330. As a result, energy saving and cost saving can be achieved.

100 : 히트펌프 200 : 부하유닛
300 : 열원유닛 310 : 지중 열교환기
320 : 보조열교환기 360 : 열원보조순환펌프100: Heat pump 200: Load unit
300: heat source unit 310: underground heat exchanger
320: auxiliary heat exchanger 360: heat source auxiliary circulation pump

Claims (5)

삭제delete 삭제delete 압축기, 방향전환밸브, 부하측 열교환기, 팽창장치 및 열원측 열교환기를 냉매가 순환하도록 형성된 냉매배관을 구비하는 히트펌프와,
상기 히트펌프의 열원측 열교환기에서 상기 냉매와 열교환한 열원측 2차유체가, 지중의 열원과 열교환하는 지중열교환기를 순환하도록 하는 열원유닛과,
상기 히트펌프의 부하측 열교환기에서 상기 냉매와 열교환한 부하측 2차유체가, 부하와 열교환하도록 하는 부하유닛을 포함하며,
상기 열원유닛은,
상기 히트펌프의 상기 열원측 열교환기로부터 나온 상기 열원측 2차유체가 상기 지중열교환기로 유입되기 전에 분기되어 외부로부터 공급되는 보조유체와 열교환하는 보조열교환기와,
상기 열원측 2차유체가 통과하는 열원배관과,
상기 열원배관에 설치되어 상기 열원측 열교환기를 거친 상기 열원측 2차유체의 온도를 측정하는 제1 온도센서와,
상기 열원배관으로부터 분기되어 상기 보조열교환기를 거친후 다시 상기 열원배관과 합류하는 보조배관과,
상기 제1 온도센서에서 측정된 온도에 기초하여 상기 열원측 2차유체가 상기 보조배관을 통해서 상기 보조열교환기로 선택적으로 흐르도록 제어하는 제1 밸브수단과,
상기 보조열교환기를 거친 상기 열원측 2차유체의 온도를 측정하는 제2 온도센서와,
상기 열원배관 중 상기 보조열교환기와 상기 지중열교환기와의 사이에서 분기되어 상기 지중열교환기와 상기 히트펌프의 열원측 열교환기와의 사이에서 합류되는 바이패스배관과,
상기 제2 온도센서에 의해서 측정된 상기 열원측 2차유체의 온도에 기초하여 상기 열원측 2차유체가 상기 지중열교환기 또는 상기 바이패스배관으로 선택적으로 흐르도록 제어하는 제2 밸브수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 지열 히트펌프 시스템. A heat pump having a compressor, a directional control valve, a load side heat exchanger, an expansion device, and a refrigerant pipe formed so as to circulate the refrigerant through the heat source side heat exchanger,
A heat source unit for circulating a secondary heat source-side secondary fluid heat-exchanged with the refrigerant in the heat source-side heat exchanger of the heat pump, the underground heat exchanger performing heat exchange with a heat source in the ground;
A load side secondary fluid heat-exchanged with the refrigerant in the load side heat exchanger of the heat pump includes a load unit for performing heat exchange with the load,
The heat source unit includes:
An auxiliary heat exchanger for branching the secondary fluid from the heat source side heat exchanger of the heat pump before entering the submerged heat exchanger and performing heat exchange with an auxiliary fluid supplied from the outside,
A heat source pipe through which the secondary fluid on the heat source side passes,
A first temperature sensor installed in the heat source pipe for measuring a temperature of the secondary fluid on the heat source side which has passed through the heat source side heat exchanger,
An auxiliary pipe branching from the heat source pipe and passing through the auxiliary heat exchanger and joining the heat source pipe again,
A first valve means for controlling the heat source side secondary fluid to flow selectively to the auxiliary heat exchanger through the auxiliary pipe based on the temperature measured by the first temperature sensor,
A second temperature sensor for measuring a temperature of the secondary fluid on the heat source side through the auxiliary heat exchanger,
A bypass pipe branching between the auxiliary heat exchanger and the underground heat exchanger in the heat source pipe and joining the underground heat exchanger and the heat source side heat exchanger of the heat pump,
And second valve means for controlling the flow of the secondary fluid of the heat source selectively to the underground heat exchanger or the bypass pipe based on the temperature of the secondary fluid of the heat source measured by the second temperature sensor Wherein the geothermal heat pump system is a geothermal heat pump system. 압축기, 방향전환밸브, 부하측 열교환기, 팽창장치 및 열원측 열교환기를 냉매가 순환하도록 형성된 냉매배관을 구비하는 히트펌프와,
상기 히트펌프의 열원측 열교환기에서 상기 냉매와 열교환한 열원측 2차유체가, 지중의 열원과 열교환하는 지중열교환기를 순환하도록 하는 열원유닛과,
상기 히트펌프의 부하측 열교환기에서 상기 냉매와 열교환한 부하측 2차유체가, 부하와 열교환하도록 하는 부하유닛을 포함하며,
상기 열원유닛은,
상기 히트펌프의 상기 열원측 열교환기로부터 나온 상기 열원측 2차유체가 상기 지중열교환기로 유입되기 전에 분기되어 외부로부터 공급되는 보조유체와 열교환하는 보조열교환기와,
상기 열원측 2차유체가 통과하는 열원배관과,
상기 열원배관에 설치되어 상기 열원측 열교환기를 거친 상기 열원측 2차유체의 온도를 측정하는 제1 온도센서와,
상기 열원배관으로부터 분기되어 상기 보조열교환기를 거친후 다시 상기 열원배관과 합류하는 보조배관과,
상기 제1 온도센서에서 측정된 온도에 기초하여 상기 열원측 2차유체가 상기 보조배관을 통해서 상기 보조열교환기로 선택적으로 흐르도록 제어하는 제1 밸브수단과,
상기 보조열교환기를 거친 상기 열원측 2차유체의 온도를 측정하는 제2 온도센서와,
상기 보조배관 중 상기 보조열교환기의 출구에서 분기되어 상기 지중열교환기와 상기 히트펌프의 열원측 열교환기와의 사이에서 합류되는 바이패스배관과,
상기 제2 온도센서에 의해서 측정된 상기 열원측 2차유체의 온도에 기초하여 상기 열원측 2차유체가 상기 지중열교환기 또는 상기 바이패스배관으로 선택적으로 흐르도록 제어하는 제2 밸브수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 지열 히트펌프 시스템.A heat pump having a compressor, a directional valve, a load-side heat exchanger, an expansion device, and a refrigerant pipe formed so as to circulate the refrigerant through the heat-
A heat source unit for circulating a secondary heat source-side secondary fluid heat-exchanged with the refrigerant in the heat source-side heat exchanger of the heat pump, the underground heat exchanger performing heat exchange with a heat source in the ground;
A load side secondary fluid heat-exchanged with the refrigerant in the load side heat exchanger of the heat pump includes a load unit for performing heat exchange with the load,
The heat source unit includes:
An auxiliary heat exchanger for branching the secondary fluid from the heat source side heat exchanger of the heat pump before entering the submerged heat exchanger and performing heat exchange with an auxiliary fluid supplied from the outside,
A heat source pipe through which the secondary fluid on the heat source side passes,
A first temperature sensor installed in the heat source pipe for measuring a temperature of the secondary fluid on the heat source side which has passed through the heat source side heat exchanger,
An auxiliary pipe branching from the heat source pipe and passing through the auxiliary heat exchanger and joining the heat source pipe again,
A first valve means for controlling the heat source side secondary fluid to flow selectively to the auxiliary heat exchanger through the auxiliary pipe based on the temperature measured by the first temperature sensor,
A second temperature sensor for measuring a temperature of the secondary fluid on the heat source side through the auxiliary heat exchanger,
A bypass pipe branching from an outlet of the auxiliary heat exchanger among the auxiliary pipes and merging between the underground heat exchanger and the heat source side heat exchanger of the heat pump;
And second valve means for controlling the flow of the secondary fluid of the heat source selectively to the underground heat exchanger or the bypass pipe based on the temperature of the secondary fluid of the heat source measured by the second temperature sensor Wherein the geothermal heat pump system is a geothermal heat pump system. 청구항 4에 있어서,
상기 바이패스배관에는 열원보조순환펌프가 설치되는 것을 특징으로 하는 지열 히트펌프 시스템.The method of claim 4,
And a heat source auxiliary circulation pump is installed in the bypass piping.
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