KR101475761B1 - 공기열과 수평 밀폐형 지열을 이용한 냉,난방시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수평 밀폐형 지열과 대기중의 공기열을 혼합하여 온수와 난방에 사용하고 냉방운전 시에는 지열은 사용하지 않고 공기열 만 사용하여 냉방을 수행할 수 있게 한 것으로 압축기에서 사방밸브를 통하여 냉온수 열교환기에서 열교환 후 냉온수탱크에 저장되고 냉온수 열교환기에서 액화된 냉매는 온수용 체크밸브를 통하여 리시버탱크로 저장되며 수평식 지중 지열 증발열교환기와 공기열 증발열교환기에 내장된 자동제어에 의해 각각 지열 및 공기열 전자밸브,지열 및 공기열 팽창밸브를 통하여 공기증발은 사방밸브로 기체가스는 석션 분배기와 액 분리기(를 통하여 압축기로 흡입시키되 건축구조물의 바닥난방과 냉난방 열교환기을 선택 및 동시난방이 가능케 하고 상기 냉온수탱크 내에 온수 열교환기를 설치하여 온수를 공급하여 온수 및 온수난방을 수행할 수 있게 한 것을 특징으로 한다.

Description

공기열과 수평 밀폐형 지열을 이용한 냉,난방시스템{Air heat and geothemal HAVC system}

본 발명은 공기 열과 수평 밀폐형 지열을 이용한 냉,난방시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는 수평 밀폐형 지열과 대기중의 공기열을 혼합하여 온수와 난방에 사용하고 냉방운전 시에는 지열은 사용하지 않고 공기열 만 사용하여 냉방을 수행할 수 있게 한 냉,난방시스템에 관한 것이다.

일반적인 대체에너지원으로 태양열,공기열,지열,풍력 등과 같은 자연에너지에 관한 연구와 개발이 진행되어 오고 있으며 최근에는 자연에너지원을 이용한 냉난방장치의 개발로 점차 보급 및 사용이 일반화되고 있는데 이와 같은 자연에너지원의 사용은 환경친화적으로 환경오염과 기후변화에 영향을 미치지 않고 무한하게 얻을 수 있는 에너지인 장점은 있으나 에너지의 밀도가 매우 낮은 단점으로 인하여 그 밀도를 향상시켜 이용가능한 형태로 변환시키는 기술개발이 요구되고 있는 실정이다.

상기한 지열은 크게 수직지열과 수평지열로 분류되고 수직지열을 이용하기 위해서는 지하수 굴착기를 이용하여 120-200m이상의 깊이로 굴착 천공한 후 열매체 순환파이프를 삽입하고 순환파이프를 통하여 알콜이 혼합된 열매체가 순환하면서 지하의 지열을 지상으로 운반하여 사용하는데 지중열교환기 설치에는 수직천공을 위하여 지하수 굴착기가 필요하고 굴착 후 순환파이프와 굴착공 사이의 빈 공간에 채우는 그라우팅 공사가 수반되어야 하며 또한 120-150mm의 원형파이프가 120m 이상 깊이에서 난방을 생산할 수 있는 용량이 1R/T용량에 불과하여 현장에서 10R/T가 요구되는 공사는 약 10여개의 천공홀작업과 천공홀 당 36㎡의 면적이 요구되어 막대한 비용이 소요된다.

수평지열을 이용하기 위해서는 3-10m이하를 수평으로 길게 토양을 굴착한 후 열교환파이프를 매설하여 지열을 이용하는 것으로 수직지열을 이용을 위한 수직천공보다 비용을 크게 절감시킬 수 있는 장점은 있으나 수평으로 열교환기를 매설하기 위해서는 넓은 면적의 부지가 필요하고 또한 수직형에 비하여 열교환 성능이 낮아서 수직형보다 길게 파이프를 매설하여야 하는 단점이 있다.

상기한 지열난방은 냉,난방이 안정적인 장점은 있지만 지열을 이용한 냉난방은 투자비용이 고등하여 널리 시공보급을 하지 못하고 있는 실정이다.

종래의 공기열과 지열을 이용한 냉난방시스템으로 특허등록 제10-0556267호(지열과 공기열을 이용한 하이브리드 히트펌프시스템)과 특허등록 제10-0391804호(대기열과 지열 및 심야전력을 이용한 히트펌프시스템)이 제시되었다.

상기 전자의 등록특허는 다중 'U'튜브형태의 지열교환관을 통해 회수한 지열을 이용하여 외기온도가 낮을 때에도 냉난방 및 급탕용 온수를 생산하는 하나의 사이클과 공기열을 이용하여 냉난방 및 급탕용 온수를 생산하는 두 개의 사이클로 구성되었고,후자의 등록특허는 동절기 히트펌프의 열원이 부족할 경우 대기열과 지열을 히트펌프의 저온부열원으로 사용하고 대기열과 지열만으로 저온부 열원부족을 해소할 수 없을 경우 심야전력이나 농어촌 산업용 전력을 히트펌프의 저온부 열원으로 사용하는 구조이다.

상기 전자는 지열과 공기열을 각각 사용하여 냉난방(급탕온수)을 수행하므로 기상이변,강우,강설 및 외기온도의 급격한 하강 등으로 인한 외기온도의 영향을 받을 경우 지열과 공기열을 각각 별도로 사용하여 냉난방을 수행할 수 없는 문제가 있고 후자는 히트펌프의 열원부족 시 일차적으로 대기열과 지열을 활용하고 대기열과 지열만으로는 열원이 부족할 경우 별도의 전력을 사용하는 경우로 효과적이긴 하지만 자연에너지(대기열,지열)외에도 별도의 전력이 포함된 구조로 설비구조가 복잡해지고 비용이 증대되며 전력이용에 따른 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 목적으로 창출된 것으로 자연에너지인 공기열과 수평 밀폐형 지열을 이용한 것으로 지열은 수직형과 수평형의 최대 단점인 넓은 면적의 부지와 막대한 비용증가로 인한 투자비용의 회수가 불가능한 부분을 해소하기 위하여 최소한의 면적과 비용으로 수평 밀폐형 방식으로 시공부담을 최소화시키고 대기중의 공기열을 혼합하여 최소 면적과 비용으로 최대의 성능으로 안전운전을 수행할 수 있게 공기열과 수평 밀폐형 지열을 혼합하여 온수와 난방에 사용하고 냉방 시에는 지열을 사용하지 않고 공기열의 사용만으로 냉방운전이 가능케 한 냉난방시스템을 제공할 수 있게 하였다.

본 발명은 압축기에서 사방밸브를 통하여 냉온수 열교환기에서 열교환 후 냉온수탱크에 저장되고 냉온수 열교환기에서 액화된 냉매는 온수용 체크밸브를 통하여 리시버탱크로 저장되며 수평식 지중 지열 증발열교환기와 공기열 증발열교환기에 내장된 자동제어에 의해 각각 지열 및 공기열 전자밸브,지열 및 공기열 팽창밸브를 통하여 공기증발은 사방밸브로 기체가스는 석션 분배기와 액 분리기를 통하여 압축기로 흡입시키되 건축구조물의 바닥난방과 냉난방 열교환기을 선택 및 동시난방이 가능케 하고 상기 냉온수탱크 내에 온수 열교환기를 설치하여 온수를 공급하여 온수 및 온수난방을 수행할 수 있게 한 것을 특징으로 한다.

또한, 압축기에서 사방밸브를 통하여 냉온수 열교환기에서 냉온수탱크의 저온수를 순환,축열시키고 공기열 증발열교환기에서 열교환 후 공기열 체크밸브를 통하여 리시버탱크로 저장된 액 냉매가 냉수냉방용 전자,팽창밸브에서 냉온수 열교환기로 팽창,반복운전으로 냉방시키고 지열 전자밸브는 폐쇄시키며 냉난방열교환기로 냉방운전을 수행할 수 있게 한 것을 특징으로 한다.

그러므로 본 발명은 지열을 최소한의 면적과 비용으로 수평 밀폐형 방식으로 시공부담을 최소화시키고 대기중의 공기열을 혼합하여 최소 면적과 비용으로 최대의 성능으로 안전운전을 수행할 수 있게 하고 공기열과 수평 밀폐형 지열을 혼합하여 온수와 난방에 사용하며 냉방 시에는 지열을 사용하지 않고 공기열의 사용만으로 냉방운전이 가능케 한 등의 효과가 있는 것이다.

도 1 은 본 발명의 전체구조를 설명하기 위한 냉난방시스템의 개략도

이하 발명의 요지를 첨부된 도면에 연계시켜 그 구성과 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명의 전체구조를 설명하기 위한 냉난방시스템의 개략도로 압축기,수평식 지중 지열 증발열교환기,지중 열교환기,축열식 냉온수탱크,공기열 증발열교환기,냉온수 열교환기,리시버탱크,액 분리기,팽창,전자,역지밸브 및 스케일,녹제거 여과기 등으로 구성되어 온수,난방과 냉방운전을 수행할 수 있는 회로를 도시하였다.

압축기(100)에서 사방밸브(250)를 통하여 냉온수 열교환기(900)에서 열교환 후 냉온수탱크(850)에 저장되고 냉온수 열교환기(900)에서 액화된 냉매는 온수용 체크밸브(950)를 통하여 리시버탱크(400)로 저장되며 수평식 지중 지열 증발열교환기(300)와 공기열 증발열교환기(600)에 내장된 자동제어에 의해 각각 지열 및 공기열 전자밸브(520)(630),지열 및 공기열 팽창밸브(510)(640)를 통하여 공기증발은 사방밸브(250)로 기체가스는 석션 분배기(170)와 액 분리기(150)를 통하여 압축기(100)로 흡입시키되 건축구조물(700)의 바닥난방(730)과 냉난방 열교환기(720)을 선택 및 동시난방이 가능케 하고 상기 냉온수탱크(850) 내에 온수 열교환기(200)를 설치하여 온수(710)를 공급하여 온수 및 온수난방을 수행할 수 있게 하였다.

상기 압축기(100)에서 사방밸브(250)를 통하여 냉온수 열교환기(900)에서 냉온수탱크(850)의 저온수를 순환,축열시키고 공기열 증발열교환기(600)에서 열교환 후 공기열 체크밸브(650)(610)를 통하여 리시버탱크(400)로 저장된 액 냉매가 냉수냉방용 전자,팽창밸브(930)(910)에서 냉온수 열교환기(900)로 팽창,반복운전으로 냉방시키고 지열 전자밸브(520)는 폐쇄시키며 냉난방열교환기(720)로 냉방운전을 수행할 수 있게 하였다.

도면 중 미설명 부호 (160)은 온도감지기,(190)은 저압스위치,(210)은 냉온수펌프,(500)은 지중 냉수 열교환기,(530)은 지열 드라이어,(550)은 지열 순환펌프,(620)은 공기열 드라이어,(800)은 스케일 녹제거용 여과기,(810)은 냉난방 순환펌프,(920)은 냉수냉방용 체크밸브,(940)은 냉수냉방용 드라이어이다.

이와 같이 된 본 발명은 공기열과 수평 밀폐형 지열을 혼합하여 온수와 난방에 사용하고 냉방 시에는 지열을 사용하지 않고 공기열의 사용만으로 냉방운전이 가능케 한 냉난방시스템을 제공하기 위한 것이다.

도 1 에 도시된 바와 같이 본 발명은 대기중의 공기열과 지중의 수평 밀폐형 지열을 이용하여 혼합하거나 공기열을 단독으로 사용하여 온수 및 난방과 냉방을 수행할 수 있게 한 것으로 온수와 온수난방을 공급할 경우에는 압축기(100)에서 사방밸브(250)를 통하여 냉온수 열교환기(900)에서 저온수와 고온의 가스로 열교환시키고 이때 상기 냉온수 열교환기(900)는 온수 열교환기로 활용되는 것이다.

상기 냉온수 열교환기(900)에서 열교환된 중온과 고온의 온수는 냉온수탱크(850)에 저장되고 냉온수탱크(850)는 온수탱크의 기능을 수행한다.

상기 냉온수 열교환기(900)에서 액화된 냉매는 온수용 체크밸브(950)의 방향으로 분지하여 리시버탱크(400)로 저장되어 수평식 지중 지열 증발열교환기(300)와 공기열 증발열교환기(600)로 내장된 자동제어에 의해 증발비율에 맞게 지열 전자밸브(520)와 공기열 전자밸브(630)를 개방시켜 지중 팽창밸브(510)와 공기열 팽창밸브(640)의 비율에 의한 용량으로 증발을 하여 공기증발은 사방밸브(250)로 지중 증발열교환기에서 증발된 기체가스는 석션 분배기(170)를 통하여 액 분리기(150)로 유입되어 다시 한번 액 냉매와 기체 냉매를 분리하고 기체 냉매만 압축기(100)로 흡입되어 고온 토출로 반복되는 운전시스템으로 구성되어 온수와 온수난방을 공급하는 것이다.

이때 건축구조물(700) 내에 온수 바닥난방(730)과 온수 냉난방 열교환기(720)을 선택적으로 난방을 하거나 동시난방이 가능케 구성되었고 축열식 냉온수탱크(850) 내에 온수 열교환기(200)를 통해 온수(710)를 사용할 수 있게 하였다.

상기 냉난방 열교환기(720)와 냉온수탱크(850) 는 난방 열교환기와 온수탱크의 기능을 수행한다.

상기 냉방을 공급할 경우에는 압축기(100)에서 사방밸브(250)가 냉방모드로 전환되어 냉온수 열교환기(900)에서 축열식 냉온수탱크(850)의 저온수를 순환시켜 7℃이하의 냉수를 생산하여 축열시키고 이때 냉온수 열교환기(900)와 냉온수탱크(850)는 냉수 열교환기와 냉수탱크의 기능을 수행한다.

상기 공기열 증발열교환기(600)에서 고온의 가스를 열교환하여 액화시켜 공기열 체크밸브(650)(610)으로 분지 통과하여 리시버탱크(400)로 저장된다.

상기 리시버탱크(400)에 저장된 액 냉매가 냉방용 전자밸브(930)와 냉방용 팽창밸브(910)에서 냉온수 열교환기(900:냉수 열교환기)로 팽창시키는 반복운전으로 냉방을 공급하며 이때 수평식 지중 지열 증발열교환기(300)는 지열 전자밸브(520)를 폐쇄시켜 수평식 지중 지열 증발열교환기(300)는 냉방 시 사용하지 않는다.

공기열로 만 냉방운전을 하게 구성되었고 이때 바닥난방(730)은 사용하지 않고 냉난방열교환기(720:냉방코일)로 냉방운전을 수행할 수 있게 하였다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

100: 압축기 150: 액 분리기
170: 석션 분배기 200: 온수 열교환기
250: 사방밸브 300: 수평식 지중 지열 증발열교환기
400: 리시버 탱크 510,640,910: 팽창밸브
520,630,930: 전자밸브 600: 공기열 증발열교환기
700: 건축구조물 710: 온수
720: 냉난방 열교환기 730: 바닥난방
850: 냉온수탱크 900: 냉온수 열교환기
610,650,950: 체크밸브

Claims (2)

1. 압축기에서 사방밸브를 통하여 냉온수 열교환기에서 열교환 후 냉온수탱크에 저장되고 냉온수 열교환기에서 액화된 냉매는 온수용 체크밸브를 통하여 리시버탱크로 저장되며 수평식 지중 지열 증발열교환기와 공기열 증발열교환기에 내장된 자동제어에 의해 각각 지열 및 공기열 전자밸브,지열 및 공기열 팽창밸브를 통하여 공기증발은 사방밸브로 기체가스는 석션 분배기와 액 분리기를 통하여 압축기로 흡입시키되 건축구조물의 바닥난방과 냉난방 열교환기을 선택 및 동시난방이 가능케 하고 상기 냉온수탱크 내에 온수 열교환기를 설치하여 온수를 공급하여 온수 및 온수난방을 수행할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 공기열과 수평 밀폐형 지열을 이용한 냉,난방시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 압축기에서 사방밸브를 통하여 냉온수 열교환기에서 냉온수탱크의 저온수를 순환,축열시키고 공기열 증발열교환기에서 열교환 후 공기열 체크밸브를 통하여 리시버탱크로 저장된 액 냉매가 냉수냉방용 전자,팽창밸브에서 냉온수 열교환기로 팽창,반복운전으로 냉방시키고 지열 전자밸브는 폐쇄시키며 냉난방열교환기로 냉방운전을 수행할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 공기열과 수평 밀폐형 지열을 이용한 냉,난방시스템.

Images