KR101519340B1 - 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템 - Google Patents

지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101519340B1
KR101519340B1 KR1020140159200A KR20140159200A KR101519340B1 KR 101519340 B1 KR101519340 B1 KR 101519340B1 KR 1020140159200 A KR1020140159200 A KR 1020140159200A KR 20140159200 A KR20140159200 A KR 20140159200A KR 101519340 B1 KR101519340 B1 KR 101519340B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat
heat exchanger
fluid
pump
underground
Prior art date
Application number
KR1020140159200A
Other languages
English (en)
Inventor
이범근
Original Assignee
주식회사 에너지컨설팅
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 에너지컨설팅 filed Critical 주식회사 에너지컨설팅
Priority to KR1020140159200A priority Critical patent/KR101519340B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101519340B1 publication Critical patent/KR101519340B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/06—Heat pumps characterised by the source of low potential heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/20—Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/40—Fluid line arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2313/00—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
    • F25B2313/002—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for geothermal
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Other Air-Conditioning Systems (AREA)

Abstract

본 발명은 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 일 양태는, 지중에 매립되어 열교환 유체와 지중 사이의 열교환이 이루어지는 적어도 1개의 지중 열교환기; 상기 지중 열교환기에서 열교환된 열교환 유체가 저장되는 축열 탱크; 상기 지중 열교환기 또는 축열 탱크로부터 공급받은 열교환 유체와 공조 시스템을 순환하는 냉매 사이의 열교환이 이루어지는 열교환기; 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체를 상기 열교환기로 압송하는 제1펌프; 및 상기 지중 열교환기에서 열교환된 열교환 유체를 상기 열교환기로 압송하는 제2펌프; 를 포함한다.

Description

지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템{REGENERATIVE HEAT PUMP SYSTEM COMPRISING GEOTHERMAL EXCHANGER}
본 발명은 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.
지중 열교환기란, 지중에 매립되어 그 내부를 유동하는 지하수와 같은 열교환 유체와 지중 사이의 열교환이 이루어지는 것이다. 선행특허문헌(대한민국 등록특허공보 제0989992호)에는 지중 열교환기를 포함하는 히트 펌트 시스템이 개시되어 있다. 선행특허문헌을 참조하면, 종래에는, 다수개의 심정도관(SC), 즉 지중 열교환기와 제2열교환기(10) 사이를 유동하는 지하수와 제2열교환기(10)와 히트 펌프(HP) 사이를 순환하는 냉매 사이의 열교환이 이루어진다.
그러나 종래 기술에 의한 지중 열교환기를 포함하는 히트 펌프 시스템에는 다음과 같은 문제점이 발생된다.
먼저, 일반적으로 지중 열교환기(SC)는 건축물의 외부, 즉 지중에 매립되고, 제2열교환기(10)는, 건축물의 내부, 예를 들면, 기계실 등에 설치되므로, 지중열교환기(SC)와 제2열교환기(10)는 상당한 길이의 배관에 의하여 연결된다. 따라서 지중열교환기(SC)와 제2열교환기(10) 사이에서 지하수를 순환시키기 위하여 고용량의 펌프가 동작함으로써, 상대적으로 다량의 에너지를 소모하게 된다.
또한 종래에는, 제2열교환기(10)와 히트 펌프(HP)를 순환하는 냉매와 열교환된 지하수가 고온의 상태에서 지중 열교환기(SC)와 제2열교환기(10)를 연결하는 배관을 유동한다. 그런데 통상적으로 지중 열교한기(SC) 및 이에 연결되는 배관은 건축물의 외부, 실질적으로 지중에 매립되고, 상대적으로 긴 길이로 성형되므로, 내구성 및 경제성을 확보하기 위하여 합성수지 재질, 예를 들면, PE 재질로 성형된다. 따라서 제2열교환기(10)에서 냉매와 열교환된 지하수의 온도가, PE 재질로 성형되는 지중 열교환기(SC) 등의 내열 성능을 초과하는 온도, 예를 들면, 50℃를 초과하는 경우에는, 고온의 냉각수에 의한 PE 재질의 지중 열교환기(SC) 및 배관의 손상이 우려될 수 있다.
대한민국 등록특허공보 제0989992호(발명의 명칭: 다수개의 지중 열 교환기를 사용하는 지열원 히트 펌프 시스템의 운전 제어방법
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 보다 경제적으로 열교환 유체에 의한 열교환이 이루어지도록 구성되는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 보다 안정적으로 열교환이 이루어지도록 구성되는 지중 열교환기를 포함하는 히트 펌프 시스템을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 일 양태는, 지중에 매립되어 열교환 유체와 지중 사이의 열교환이 이루어지는 적어도 1개의 지중 열교환기; 상기 지중 열교환기에서 열교환된 열교환 유체가 저장되는 축열 탱크; 상기 지중 열교환기 또는 축열 탱크로부터 공급받은 열교환 유체와 공조 시스템을 순환하는 냉매 사이의 열교환이 이루어지는 열교환기; 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체를 상기 열교환기로 압송하는 제1펌프; 및 상기 지중 열교환기에서 열교환된 열교환 유체를 상기 열교환기로 압송하는 제2펌프; 를 포함하고, 상기 축열 탱크의 내부에 저장된 열교환 유체의 온도와 공조 시스템을 순환하는 냉매의 온도차가 기설정된 제1기준 온도 이상인 경우에는 상기 제1펌프가 동작하고, 그 이외의 경우에는 상기 제2펌프가 동작한다.
삭제
본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 제2펌프의 동작에 의하여 상기 지중 열교환기에서 상기 열교환기로 공급되어 냉매와 열교환된 후 상기 지중 열교환기로 회수되는 열교환 유체의 온도가 기설정된 제2기준 온도 이하를 유지하도록 상기 열교환기에서 냉매와 열교환 유체의 일부가 선택적으로 상기 축열 탱크를 통과한 후 상기 열교환기에서 냉매와 열교환되어 상기 지중 열교환기로 회수되는 열교환 유체의 나머지와 혼합된 상태로 상기 지중 열교환기로 회수되도록 하는 밸브를 더 포함한다.
본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 지중 열교환기에서 상기 열교환기로 열교환 유체가 유동되는 방향에 대하여 상기 제2펌프에 병렬로 배치되는 적어도 1개의 보조 펌프를 더 포함한다.
본 발명의 실시예의 다른 양태는, 지중에 매립되어 열교환 유체와 지중 사이의 열교환이 이루어지는 다수개의 지중 열교환기; 상기 지중 열교환기에서 열교환된 열교환 유체가 저장되는 축열 탱크; 상기 지중 열교환기 또는 축열 탱크로부터 공급받은 열교환 유체와 공조 시스템을 순환하는 냉매 사이의 열교환이 이루어지는 열교환기; 상기 축열 탱크에서 상기 열교환기로 공급되는 열교환 유체가 유동되는 제1유체 공급관; 상기 제1유체 공급관에서 분지되고, 상기 지중 열교환기에서 상기 열교환기로 공급되는 열교환 유체가 유동되는 제2유체 공급관; 상기 열교환기에서 상기 축열 탱크로 회수되는 열교환 유체가 유동되는 제1유체 회수관; 상기 제2유체 회수관에서 분지되고, 상기 열교환기에서 상기 지중 열교환기로 회수되는 열교환 유체가 유동되는 제2유체 회수관; 상기 제1유체 회수관에서 분지되고, 상기 축열 탱크에서 상기 지중 열교환기로 회수되는 열교환 유체가 유동되는 제3유체 회수관; 상기 제1유체 공급관 및 제1유체 회수관 중 적어도 어느 일방에 설치되는 제1펌프; 상기 제2유체 공급관 및 제2유체 회수관 중 적어도 어느 일방에 설치되는 제2펌프; 및 상기 제1펌프의 동작시에는 상기 제3유체 회수관을 차폐하고, 상기 제2펌프의 동작시에는 선택적으로 상기 제3유체 회수관의 개폐 및 개도를 조절하는 밸브; 를 포함하고, 상기 제1펌프가 동작하면, 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체가 상기 제1유체 공급관을 유동하여 상기 열교환기로 공급되어 냉매와 열교환된 후 상기 제1유체 회수관을 유동하여 상기 축열 탱크로 회수되고, 상기 제2펌프가 동작하면, 상기 제3유체 회수관이 차폐된 상태에서는, 상기 지중 열교환기에서 열교환된 열교환 유체가, 상기 제2유체 공급관을 유동하여 상기 열교환기로 공급되어 냉매와 열교환된 후 상기 제2유체 회수관을 유동하여 상기 지중 열교환기로 회수되고, 상기 제3유체 회수관이 개방된 상태에서는, 상기 지중 열교환기에서 열교환된 열교환 유체가, 상기 제2유체 공급관을 유동하여 상기 열교환기로 공급되어 냉매와 열교환된 후 상기 제1유체 회수관을 유동하여 상기 축열 탱크를 통과한 후 상기 제3유체 회수관을 유동하여 상기 제2유체 회수관으로 전달되거나 상기 제2유체 회수관을 유동하여 상기 지중 열교환기로 회수되며, 상기 축열 탱크의 내부에 저장된 열교환 유체의 온도와 공조 시스템을 순환하는 냉매의 온도차가 기설정된 제1기준 온도 이상인 경우에는 상기 제1펌프가 동작하고, 그 이외의 경우에는 상기 제2펌프가 동작한다.
본 발명의 실시예의 다른 양태에서, 상기 제2유체 공급관에 병렬로 연결되는 유체 보조 공급관; 및 상기 유체 보조 공급관에 설치되는 보조 펌프; 를 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템에 의하면, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있게 된다.
먼저, 본 발명의 실시예에서는, 축열 탱크에 기저장된 열교환 유체의 온도에 따라서 축열 탱크 및 열교환기 또는 지중 열교환기 및 열교환기 사이에서 열교환 유체가 순환한다. 따라서 필요에 따라서 상대적으로 저용량의 펌프를 사용하여 열교환 유체를 순환시킴으로써, 보다 경제적인 히트 펌프 시스템의 운전이 가능해진다.
그리고 본 발명의 실시예에서는, 지중 열교환기 및 열교환기 사이에서 열교환 유체가 유동되는 경우에, 열교환기에서 냉매와 열교환된 상대적으로 고온의 열교환 유체의 일부가 축열 탱크를 통과하면서 상대적으로 온도가 낮아진 상태로 지중 열교환기로 회수된다. 따라서 본 발명의 실시예에 의하면, 고온의 열교환 유체에 의하여 지중 열교환기와 열교환기를 연결하는 배관이 손상되는 현상을 방지할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에서는, 지중 열교환기와 열교환기 사이에서 열교환 유체를 순환시키는 펌프에 병렬로 배치되는 보조 펌프가 설치된다. 따라서 본 발명의 실시예에서는, 펌프의 고장 등이 발생하더라도 히프 펌프 시스템의 운전이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 실시예를 보인 구성도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템에서 유체의 흐름을 보인 유체 흐름도.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 실시예를 보인 구성도.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템에서 밸브의 개방에 따른 유체의 흐름을 보인 유체 흐름도.
이하에서는 본 발명의 제1실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 실시예를 보인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템은, 적어도 1개의 지중 열교환기(100), 축열 탱크(200), 열교환기(300), 제1 및 제2유체 공급관(411)(412), 제1 및 제2유체 회수관(421)(422), 및 제1 및 제2펌프(500)(600)를 포함한다.
보다 상세하게는, 상기 지중 열교환기(100)는, 건축물의 외부에 해당하는 지중에 매립되어 열교환 유체와 지중 사이의 열교환이 이루어지는 곳이다. 도 1에는 상기 지중 열교환기(100)가 다수개로 구성되는 것으로 도시되었으나, 상기 지중 열교환기(100)가 1개로 구성되어도 무방하다.
상기 축열 탱크(200)는 상기 지중 열교환기(100)에서 열교환된 열교환 유체가 저장되는 곳이다. 예를 들면, 상기 축열 탱크(200)는, 기계실과 같은 건축물의 내부에 설치될 수 있다.
그리고 상기 열교환기(300)는, 상기 지중 열교환기(100) 또는 축열 탱크(200)로부터 열교환 유체를 공급받는다. 상기 열교환기(300)에서는, 공급받은 열교환 유체와 공조 시스템(10)을 순환하는 냉매 사이의 열교환이 이루어진다. 여기서 상기 공조 시스템은, 건축물의 내부 공간에 대한 냉방과 난방과 같은 공조를 위한 것으로 이해될 수 있다. 상기 열교환기(300)도, 상기 축열 탱크(200)와 동일하게, 기계실과 같은 건축물의 내부에 설치될 수 있다.
상기 제1유체 공급관(411)은, 상기 축열 탱크(200)에서 상기 열교환기(300)로 공급되는 열교환 유체가 유동되는 곳이다. 그리고 상기 제2유체 공급관(412)은, 상기 지중 열교환기(100)에서 상기 열교환기(300)로 공급되는 열교환 유체가 유동되는 곳이다. 상기 제1유체 공급관(411)의 양단은 각각 상기 축열 탱크(200) 및 열교환기(300)에 연결될 수 있다. 그리고 상기 제2유체 공급관(412)의 양단은 각각 상기 지중 열교환기(100) 및 제1유체 공급관(411)의 일측에 연결될 수 있다. 따라서 실질적으로 상기 제2유체 공급관(412)은 상기 제1유체 공급관(411)에서 분지된다고 할 수 있다. 그러나 상기 제2유체 공급관(412)이 상기 제1유체 공급관(411)으로부터 반드시 분지되어야 하는 것은 아니다.
상기 제1유체 회수관(421)은, 상기 열교환기(300)에서 상기 축열 탱크(200)로 회수되는 열교환 유체가 유동되는 곳이다. 그리고 상기 제2유체 회수관(422)은, 상기 열교환기(300)에서 상기 지중 열교환기(100)로 회수되는 열교환 유체가 유동되는 곳이다. 상기 제1유체 회수관(421)의 양단은 각각 상기 축열 탱크(200) 및 열교환기(300)에 연결될 수 있다. 그리고 상기 제2유체 회수관(422)의 양단은 각각 상기 지중 열교환기(100) 및 제1유체 회수관(421)의 일측에 연결될 수 있다. 따라서 실질적으로 상기 제2유체 회수관(422)이 상기 제1유체 회수관(421)에서 분지되지만, 반드시 그래야 하는 것은 아니다.
한편 상기 제1펌프(500)는, 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체를 상기 열교환기(300)로 압송하는 역할을 한다. 그리고 상기 제2펌프(600)는, 상기 지중 열교환기(100)에서 열교환된 열교환 유체를 상기 열교환기(300)로 압송하는 역할을 한다. 이를 위하여 상기 제1펌프(500)는 상기 제1유체 공급관(411)에 설치되고, 상기 제2펌프(600)는 상기 제2유체 공급관(412)에 설치된다.
그리고 상술한 바와 같이, 상기 축열 탱크(200)와 열교환기(300)는 건축물의 내부에 설치되고, 상기 지중 열교환기(100)는 건축물의 외부에 설치된다. 따라서 본 실시예에서는, 상기 제1펌프(500)를 상기 제2펌프(600)에 비하여 상대적으로 낮은 용량의 것으로 사용할 수 있다.
상기 제1펌프(500)가 동작하면, 상기 축열 탱크(200) 및 열교환기(300) 사이에서 열교환 유체가 순환하면서 공조 시스템을 순환하는 냉매와 열교환된다. 보다 상세하게는, 상기 제1펌프(500)의 동작에 의하여 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체가 상기 제1유체 공급관(411)을 유동하여 상기 열교환기(300)로 공급되어 상기 공조 시스템(10)를 순환하는 냉매와 열교환된 후 상기 제1유체 회수관(421)을 유동하여 상기 축열 탱크(200)로 회수된다.
반면에 상기 제2펌프(600)가 동작하면, 상기 지중 열교환기(100) 및 열교환기(300) 사이에서 열교환 유체가 순환하면서 공조 시스템을 순환하는 냉매와 열교환된다. 보다 상세하게는, 상기 제2펌프(600)의 동작에 의하여 상기 지중 열교환기(100)에서 열교환된 열교환 유체가 상기 제2유체 공급관(412)을 유동하여 상기 열교환기(300)로 공급되어 상기 공조 시스템(10)을 순환하는 냉매와 열교환된 후 상기 제2유체 회수관(422)을 유동하여 상기 지중 열교환기(100)로 회수된다.
본 실시예에서는, 상기 제1 및 제2펌프(500)(600)의 동작이 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도, 실질적으로 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체와 공조 시스템을 순환하는 냉매의 온도차에 따라서 선택적으로 이루어진다. 다시 말하면, 상기 축열 탱크(200)의 내부에 저장된 열교환 유체의 온도와 공조 시스템을 순환하는 냉매의 온도차가 기설정된 제1기준 온도 이상인 경우에는 상기 제1펌프(500)가 동작하고, 그 이외의 경우에는 상기 제2펌프(600)가 동작한다. 즉, 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체에 의하여 공조 시스템을 순환하는 냉매의 냉각이나 가열이 충분한 경우에는 상기 축열 탱크(200) 및 열교환기(300) 사이에서만 열교환 유체의 순환이 이루어진다. 그러나 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체에 의하여 공조 시스템을 순환하는 냉매의 냉각이나 가열이 불충분한 경우에는 상기 지중 열교환기(100) 및 열교환기(300) 사이에서 열교환 유체의 순환이 이루어진다. 따라서 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도에 따라서 상기 제1펌프(500)를 사용한 경제적인 히트 펌프 시스템의 운전이 가능해질 것이다.
또한 본 실시예에 의한 히트 펌프 시스템은, 유체 보조 공급관(430) 및 보조 펌프(610)를 더 포함한다. 상기 유체 보조 공급관(430)은 상기 제2유체 공급관(412)에 병렬로 연결되고, 상기 보조 펌프(610)는 상기 유체 보조 공급관(430)에 설치된다. 상기 유체 보조 공급관(430) 및 보조 펌프(610)는, 상기 제2펌프(600)의 고장시 상기 지중 열교환기(100)에서 열교환된 열교환 유체를 상기 열교환기(300)로 공급하기 위한 것이다. 즉, 상기 제2펌프(600)의 고장시에는, 상기 보조 펌프(610)가 동작하여 상기 지중 열교환기(100)에서 열교환된 열교환 유체가 상기 제2유체 공급관(412) 및 유체 보조 공급관(430)을 유동하여 상기 열교환기(300)로 공급될 수 있다.
미설명 도면 부호 710, 720, 730은 제1 내지 제3체크 밸브(710)(720)(730)이다. 상기 제1 내지 제3체크 밸브(710)(720)(730)는, 상기 제1유체 공급관(411), 제2유체 공급관(412), 및 유체 보조 공급관(430)을 유동하는 열교환 유체의 역류를 방지한다.
이하에서는 본 발명의 제1실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템에서 유체의 흐름을 보인 유체 흐름도이다.
먼저 도 2를 참조하면, 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도와 공조 시스템을 순환하는 냉매의 온도차가 기설정된 제1기준 온도 이상인 경우에는, 제1펌프(500)가 동작한다. 이와 같은 상기 제1기준 온도는, 공조 시스템의 용량 및 상기 축열 탱크(200)에 저장되는 열교환 유체의 저수량 등에 의하여 결정될 수 있을 것이다.
한편 상기 제1펌프(500)가 동작하면, 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체가 상기 제1유체 공급관(411)을 유동하여 상기 열교환기(300)로 공급된다. 상기 열교환기(300)로 공급된 열교환 유체는, 공조 시스템을 순환하는 냉매와 열교환된 후 상기 제1유체 회수관(421)을 유동하여 상기 축열 탱크(200)로 회수된다.
다음으로 도 3을 참조하면, 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도와 공조 시스템을 순환하는 냉매의 온도차가 기설정된 제1기준 온도 미만인 경우에는, 제2펌프(600)가 동작한다. 따라서 상기 제2펌프(600)가 동작하면, 상기 지중 열교환기(100)에서 열교환된 열교환 유체가 상기 제2유체 공급관(412)을 유동하여 상기 열교환기(300)로 공급된다. 그리고 상기 열교환기(300)로 공급된 열교환 유체는 공조 시스템을 순환하는 냉매와 열교환된 후 상기 제2유체 회수관(422)을 유동하여 상기 지중 열교환기(100)로 회수된다.
이하에서는 본 발명의 제2실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 실시예를 보인 구성도이고, 도 5는 본 발명의 제2실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템에서 밸브의 개방에 따른 유체의 흐름을 보인 유체 흐름도이다. 본 실시예의 구성 요소 중 상술한 본 발명의 제1실시예의 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는, 도 1 내지 도 3의 도면 부호를 원용하고, 이에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템은, 제3유체 회수관(423) 및 밸브(800)를 더 포함한다. 상기 제3유체 회수관(423)은 상기 제2유체 회수관(422)에서 분지되어 상기 축열 탱크(200)에서 상기 지중 열교환기(100)로 회수되는 열교환 유체가 유동되는 곳이다. 그리고 상기 밸브(800)는 상기 제3유체 회수관(423)의 개폐 및 개도를 조절한다.
보다 상세하게는, 상기 밸브(800)는, 제1펌프(500)의 동작시에는 상기 제3유체 회수관(423)을 차폐한다. 그리고 상기 밸브(800)는, 제2펌프(600)의 동작시에는 열교환기(300)에서 냉매와 열교환되어 지중 열교환기(100)로 회수되는 열교환 유체의 온도에 따라서 상기 제3유체 회수관(423)의 개폐 및 개도를 조절한다. 즉, 상기 열교환기(300)에서 상기 지중 열교환기(100)로 회수되는 열교환 유체의 온도가 기설정된 제2기준 온도를 유지하도록 상기 제3유체 회수관(423)을 선택적으로 개방하거나 개방된 상기 제3유체 회수관(423)의 개도를 조절한다. 이는 일반적으로 지하에 매립되는 상기 지중 열교환기(100) 등이 PE 재질로 성형됨으로써, 상대적으로 낮은 PE 재질의 내열 성능에 따라서 고온의 열교환 유체에 의하여 상기 지중 열교환기(100) 등이 손상되는 현상을 방지하기 위함이다.
다시 말하면, 상대적으로 긴 길이로 성형되어 지중에 매립되는 상기 지중 열교환기(100) 등은 내구성의 확보나 비용의 절감을 위하여 PE 재질로 형성되는 것이 일반적이다. 그러나 이와 같은 PE 재질의 상기 지중 열교환기(100) 등은 그 내열 성능의 상한점이 50℃ 내외이므로, 상기 열교환기(300)에서 냉매와 열교환된 열교환 유체의 온도가 이를 초과하는 경우에는, 상기 지중 열교환기(100) 등의 손상이 우려될 수 있다.
따라서 본 실시예에서는, 상기 지중 열교환기(100)로 회수되는 열교환 유체의 온도가, 기설정된 상기 제2기준 온도를 유지하도록 상기 열교환기(300)에서 냉매와 열교환된 열교환 유체의 일부가 상대적으로 낮은 온도의 열교환 유체가 저장된 축열 탱크(200)를 통과한 후 상기 제2유체 회수관(422)으로 전달된다. 그리고 상기 열교환기(300)에서 냉매와 열교환된 열교환 유체의 나머지는 상기 제2유체 회수관(422)을 유동하면서, 상기 축열 탱크(200)를 통과한 열교환 유체의 일부와 혼합됨으로써, 상기 열교환기(300)에서 냉매와 열교환된 열교환 유체에 비하여 상대적으로 온도가 낮아진 상태로 상기 지중 열교환기(100)로 회수될 수 있다. 따라서 상기 제2기준 온도는, PE 재질로 성형되는 상기 지중 열교환기(100) 등의 내열 성능을 고려하여 설정될 수 있을 것이다.
이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
10: 공조 시스템 100: 지중 열교환기
200: 축열 탱크 300: 열교환기
411: 제1유체 공급관 412: 제2유체 공급관
421: 제1유체 회수관 422: 제2유체 회수관
423: 제3유체 회수관 500: 제1펌프
600: 제2펌프 610: 보조 펌프
710, 720, 730,: 체크 밸브 800: 밸브

Claims (6)

  1. 지중에 매립되어 열교환 유체와 지중 사이의 열교환이 이루어지는 적어도 1개의 지중 열교환기(100);
    상기 지중 열교환기(100)에서 열교환된 열교환 유체가 저장되는 축열 탱크(200);
    상기 지중 열교환기(100) 또는 축열 탱크(200)로부터 공급받은 열교환 유체와 공조 시스템을 순환하는 냉매 사이의 열교환이 이루어지는 열교환기(300);
    상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체를 상기 열교환기(300)로 압송하는 제1펌프(500); 및
    상기 지중 열교환기(100)에서 열교환된 열교환 유체를 상기 열교환기(300)로 압송하는 제2펌프(600); 를 포함하고,
    상기 축열 탱크(200)의 내부에 저장된 열교환 유체의 온도와 공조 시스템을 순환하는 냉매의 온도차가 기설정된 제1기준 온도 이상인 경우에는 상기 제1펌프(500)가 동작하고, 그 이외의 경우에는 상기 제2펌프(600)가 동작하는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2펌프(600)의 동작에 의하여 상기 지중 열교환기(100)에서 상기 열교환기(400)로 공급되어 냉매와 열교환된 후 상기 지중 열교환기(100)로 회수되는 열교환 유체의 온도가 기설정된 제2기준 온도 이하를 유지하도록 상기 열교환기(300)에서 냉매와 열교환 유체의 일부가 선택적으로 상기 축열 탱크(200)를 통과한 후 상기 열교환기(400)에서 냉매와 열교환되어 상기 지중 열교환기(100)로 회수되는 열교환 유체의 나머지와 혼합된 상태로 상기 지중 열교환기(100)로 회수되도록 하는 밸브(800)를 더 포함하는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 지중 열교환기(100)에서 상기 열교환기(300)로 열교환 유체가 유동되는 방향에 대하여 상기 제2펌프(600)에 병렬로 배치되는 적어도 1개의 보조 펌프(610)를 더 포함하는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템.
  5. 지중에 매립되어 열교환 유체와 지중 사이의 열교환이 이루어지는 다수개의 지중 열교환기(100);
    상기 지중 열교환기(100)에서 열교환된 열교환 유체가 저장되는 축열 탱크(200);
    상기 지중 열교환기(100) 또는 축열 탱크(200)로부터 공급받은 열교환 유체와 공조 시스템을 순환하는 냉매 사이의 열교환이 이루어지는 열교환기(300);
    상기 축열 탱크(200)에서 상기 열교환기(300)로 공급되는 열교환 유체가 유동되는 제1유체 공급관(411);
    상기 제1유체 공급관(411)에서 분지되고, 상기 지중 열교환기(100)에서 상기 열교환기(300)로 공급되는 열교환 유체가 유동되는 제2유체 공급관(412);
    상기 열교환기(300)에서 상기 축열 탱크(200)로 회수되는 열교환 유체가 유동되는 제1유체 회수관(421);
    상기 제1유체 회수관(421)에서 분지되고, 상기 열교환기(300)에서 상기 지중 열교환기(100)로 회수되는 열교환 유체가 유동되는 제2유체 회수관(422);
    상기 제2유체 회수관(422)에서 분지되고, 상기 축열 탱크(200)에서 상기 지중 열교환기(100)로 회수되는 열교환 유체가 유동되는 제3유체 회수관(423);
    상기 제1유체 공급관(411) 및 제1유체 회수관(421) 중 적어도 어느 일방에 설치되는 제1펌프(500);
    상기 제2유체 공급관(412) 및 제2유체 회수관(422) 중 적어도 어느 일방에 설치되는 제2펌프(600); 및
    상기 제1펌프(500)의 동작시에는 상기 제3유체 회수관(423)을 차폐하고, 상기 제2펌프(600)의 동작시에는 선택적으로 상기 제3유체 회수관(423)의 개폐 및 개도를 조절하는 밸브(800); 를 포함하고,
    상기 제1펌프(500)가 동작하면,
    상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체가 상기 제1유체 공급관(411)을 유동하여 상기 열교환기(300)로 공급되어 냉매와 열교환된 후 상기 제1유체 회수관(421)을 유동하여 상기 축열 탱크(200)로 회수되고,
    상기 제2펌프(600)가 동작하면,
    상기 제3유체 회수관(423)이 차폐된 상태에서는, 상기 지중 열교환기(100)에서 열교환된 열교환 유체가, 상기 제2유체 공급관(412)을 유동하여 상기 열교환기(300)로 공급되어 냉매와 열교환된 후 상기 제2유체 회수관(422)을 유동하여 상기 지중 열교환기(100)로 회수되고,
    상기 제3유체 회수관(423)이 개방된 상태에서는, 상기 지중 열교환기(100)에서 열교환된 열교환 유체가, 상기 제2유체 공급관(412)을 유동하여 상기 열교환기(300)로 공급되어 냉매와 열교환된 후 상기 제1유체 회수관(421)을 유동하여 상기 축열 탱크(200)를 통과한 후 상기 제3유체 회수관(423)을 유동하여 상기 제2유체 회수관(422)으로 전달되거나 상기 제2유체 회수관(422)을 유동하여 상기 지중 열교환기(100)로 회수되며,
    상기 축열 탱크(200)의 내부에 저장된 열교환 유체의 온도와 공조 시스템을 순환하는 냉매의 온도차가 기설정된 제1기준 온도 이상인 경우에는 상기 제1펌프(500)가 동작하고, 그 이외의 경우에는 상기 제2펌프(600)가 동작하는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2유체 공급관(412)에 병렬로 연결되는 유체 보조 공급관(430); 및
    상기 유체 보조 공급관(430)에 설치되는 보조 펌프(610); 를 더 포함하는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템.
KR1020140159200A 2014-11-14 2014-11-14 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템 KR101519340B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140159200A KR101519340B1 (ko) 2014-11-14 2014-11-14 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140159200A KR101519340B1 (ko) 2014-11-14 2014-11-14 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101519340B1 true KR101519340B1 (ko) 2015-05-13

Family

ID=53394421

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140159200A KR101519340B1 (ko) 2014-11-14 2014-11-14 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101519340B1 (ko)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101568847B1 (ko) 2015-08-10 2015-11-12 주식회사 에너지컨설팅 지중 열교환기를 포함하는 히트 펌프 시스템
KR101722384B1 (ko) 2016-09-21 2017-04-04 류상범 리사이클링 탱크가 구비된 ｗｔａ 방식의 지열 히트펌프 시스템
KR20180068092A (ko) 2016-12-13 2018-06-21 주식회사 에너지컨설팅 지중 열교환기를 포함하는 히트 펌프 시스템 및 그 제어 방법
KR102044681B1 (ko) * 2018-05-29 2019-11-14 주식회사 에너지컨설팅 지중 열교환기를 포함하는 히트 펌프 시스템 및 그 제어 방법
KR20190135650A (ko) 2018-05-29 2019-12-09 주식회사 에너지컨설팅 지중 열교환기를 포함하는 히트 펌프 시스템
KR102083946B1 (ko) * 2019-08-13 2020-03-03 주식회사 에너지컨설팅 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템
KR102138712B1 (ko) 2019-04-15 2020-07-28 주식회사 에너지컨설팅 축방열 부재
KR20220106413A (ko) 2021-01-22 2022-07-29 한국에너지기술연구원 지열교환기
KR102593978B1 (ko) * 2022-08-11 2023-10-26 주식회사 에너지컨설팅 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050069734A (ko) * 2003-12-31 2005-07-05 (주)이앤이 시스템 축열식 지열히트펌프유닛
KR101354622B1 (ko) * 2012-07-13 2014-01-23 금강테크 주식회사 지열 히트펌프 시스템

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050069734A (ko) * 2003-12-31 2005-07-05 (주)이앤이 시스템 축열식 지열히트펌프유닛
KR101354622B1 (ko) * 2012-07-13 2014-01-23 금강테크 주식회사 지열 히트펌프 시스템

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101568847B1 (ko) 2015-08-10 2015-11-12 주식회사 에너지컨설팅 지중 열교환기를 포함하는 히트 펌프 시스템
KR101722384B1 (ko) 2016-09-21 2017-04-04 류상범 리사이클링 탱크가 구비된 ｗｔａ 방식의 지열 히트펌프 시스템
KR20180068092A (ko) 2016-12-13 2018-06-21 주식회사 에너지컨설팅 지중 열교환기를 포함하는 히트 펌프 시스템 및 그 제어 방법
KR102044681B1 (ko) * 2018-05-29 2019-11-14 주식회사 에너지컨설팅 지중 열교환기를 포함하는 히트 펌프 시스템 및 그 제어 방법
KR20190135650A (ko) 2018-05-29 2019-12-09 주식회사 에너지컨설팅 지중 열교환기를 포함하는 히트 펌프 시스템
KR102138712B1 (ko) 2019-04-15 2020-07-28 주식회사 에너지컨설팅 축방열 부재
KR102083946B1 (ko) * 2019-08-13 2020-03-03 주식회사 에너지컨설팅 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템
KR20220106413A (ko) 2021-01-22 2022-07-29 한국에너지기술연구원 지열교환기
KR102593978B1 (ko) * 2022-08-11 2023-10-26 주식회사 에너지컨설팅 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101519340B1 (ko) 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템
CN111425915B (zh) 区域热能分配系统
KR101568847B1 (ko) 지중 열교환기를 포함하는 히트 펌프 시스템
KR102044681B1 (ko) 지중 열교환기를 포함하는 히트 펌프 시스템 및 그 제어 방법
EP3394517B1 (en) A thermal server plant and a method for controlling the same
US11624510B2 (en) District energy distributing system
US11454404B2 (en) Energy distributing system
US11867432B2 (en) Geothermal heat utilization system and operation method for geothermal heat utilization system
KR102120464B1 (ko) 복합형 지열 열교환기를 이용한 히트펌프 시스템
JP2017227416A (ja) 冷暖房システム
JP6383339B2 (ja) 熱交換用セグメント及びトンネル利用熱交換システム
KR101403451B1 (ko) 지열 히트펌프 시스템
EP3683508B9 (en) Hybrid heating system containing a heat pump unit
KR101256869B1 (ko) 태양열을 이용한 하이브리드 흡수식 냉난방 시스템
EP3987265B1 (en) Leakage detection in a distribution system for distributing a fluid
KR101558242B1 (ko) 해수 취수량 제어를 이용한 해수열원 히트펌프 시스템
KR102053572B1 (ko) 폐열 회수 장치 기반의 하이브리드 지열 냉난방 시스템 및 방법
KR102427238B1 (ko) 지열 냉난방 시스템
KR102352496B1 (ko) 다중 열원 히트펌프를 이용한 열원과 부하 선택이 가능한 히트펌프장치 및 이의 운전 방법
KR102083946B1 (ko) 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템
CN202141245U (zh) 一种埋管式地源热泵机组
KR101297764B1 (ko) 직접 순환식 지열원 히트펌프 시스템
KR102524857B1 (ko) 지열히트펌프 시스템 및 이의 제어방법
KR102465707B1 (ko) 유량조절밸브를 포함하는 고온수 지열히트펌프 시스템 및 이의 제어방법
KR102269496B1 (ko) 수직밀폐형과 수평형이 혼합된 지열 히트펌프 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180226

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190225

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200226

Year of fee payment: 6