KR101834156B1 - Cooling and heating system using terrestrial heat - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a cooling/heating system using geothermal heat, waste heat collection, and heat source compensation. According to the present invention, the cooling/heating system using geothermal heat, waste heat collection, and heat source compensation comprises: a heat pump for a basic cooling/heating for a first consumer and a second consumer; a first heat accumulator and a second heat accumulator to accumulate a spare heat source; a supply/collection header for supplementing a heat source as needed; and a geothermal heat circulation pump and first, second, and third circulation pumps to circulate circulation water. According to the present invention, the present invention is able to use a variety of cooling/heating modes in accordance with the circumstances, that is, to provide a basic cooling/heating, to, in case cooling is provided to a consumer but another consumer needs heating, provide a heat source to the other consumer needing heating, and to provide a proper heat source to a consumer without operating a heat pump in the in-between seasons, thereby optimizing a heat source supply for a variety of operation modes and saving energy.

Description

폐열회수 및 열원보상을 이용한 지열 냉난방 시스템{Cooling and heating system using terrestrial heat}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a geothermal heating and cooling system using waste heat recovery and heat source compensation,

본 발명은 지열을 이용한 냉난방 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제1·2수요처의 기본 냉·난방을 위한 히트펌프와, 열원보상을 위한 지열교환기와, 여유 열원을 축열하기 위한 제1·2축열기와, 필요에 따라 열원 보충을 위한 공급 및 회수 헤더와, 순환수를 순환시키기 위한 지열순환펌프 및 제1·2·3순환펌프가 마련된 폐열회수 및 열원보상을 이용한 지열 냉난방 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a heating and cooling system using geothermal heat, more particularly, to a heat pump for basic cooling and heating of first and second consumers, a geothermal exchanger for heat source compensation, A geothermal circulation pump for circulating circulation water, and a geothermal cooling / heating system using waste heat recovery and heat source compensation provided with first and second · 3 circulation pumps .

최근 들어 화석 연료의 과다 사용으로 야기된 에너지 고갈 및 환경 문제가 세계적인 당면 과제로 대두됨에 따라 그 해결 방안으로 신재생 에너지의 사용 비중을 높이기 위한 노력이 계속되고 있다.Recently, energy depletion and environmental problems caused by overuse of fossil fuels have become a global problem, and efforts are being made to increase the proportion of renewable energy usage as a solution.

이러한 신재생 에너지 중 지열을 이용한 냉난방 시스템이 상당한 비중을 차지하고 있고 점점 그 보급이 확대되고 있는 실정이다.Among these renewable energy sources, the heating and cooling system using geothermal heat takes up a considerable proportion, and the spread is increasing.

상기 지열을 이용한 냉난방 시스템은 지하에 저장되어 있는 열원을 이용하는 것으로, 친환경성, 경제성, 편리성 등이 뛰어난 장점이 있다.The geothermal heating / cooling system utilizes a heat source stored in the basement, and has an advantage of being environmentally friendly, economical, and convenient.

일례로, 종래 기술의 지열 냉난방 시스템에서는 히트펌프, 지열교환기를 기본으로 하고, 이들로부터의 열원을 공급하기 위한 열원수요처가 마련된 구성으로 되어 있다.For example, in the conventional geothermal heating and cooling system, a heat pump and a geothermal heat exchanger are used as a basis, and a heat source consumer for supplying a heat source therefrom is provided.

그러나 이러한 종래 기술의 지열을 이용한 냉난방 시스템은 단순히 히트펌프 및 지열교환기의 열교환에 의한 정도로서, 냉방시 난방을 필요로 하는 다른 수요처로의 열원 공급이 불가능함은 물론 봄, 가을 환절기 등의 경우에 히트펌프의 가동없이 열원을 다른 수요처로 적절하게 공급하는 것이 불가능하게 되는 문제점이 있었다.However, the conventional heating / cooling system using geothermal heat is merely a result of heat exchange between a heat pump and a geothermal exchanger. Therefore, it is not possible to supply a heat source to other consumers requiring heating in cooling, There is a problem in that it is impossible to properly supply the heat source to other consumers without operating the pump.

대한민국 등록특허 제10-0894297호Korean Patent No. 10-0894297

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 냉방시 난방을 필요로 하는 다른 수요처 또는 난방시 냉방을 필요로 하는 다른 수요처로의 열원의 공급이 가능하도록 하여 상황에 따른 다양한 냉·난방 모드를 운전할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a heat source that can supply heat sources to other consumers who need to heat in cooling or to other consumers, So that the mode can be operated.

또한, 지중에 버려지는 폐열을 회수하여 열원보상 운전으로 전환시킴으로 냉난방 시스템의 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 이로 인해 에너지 절감을 도모하도록 하는데 그 목적이 있다.In addition, the present invention aims to improve the performance of the heating / cooling system by converting the waste heat to the heat source compensating operation by recovering the waste heat that is thrown into the ground, and to thereby reduce the energy.

본 발명 폐열회수 및 열원보상을 이용한 지열 냉난방 시스템은,In the geothermal cooling / heating system using waste heat recovery and heat source compensation according to the present invention,

압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기로 구성된 냉각사이클의 압축기를 통한 고온순환수 및 증발기를 통한 저온순환수를 얻는 히트펌프와;A heat pump for obtaining high-temperature circulation water through a compressor of a cooling cycle and low-temperature circulation water through an evaporator composed of a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator;

상기 히트펌프와 연결되어 히트펌프의 고온순환수 및 저온순환수를 통해 난방 및 냉방이 이루어지도록 하는 제1열교환기가 구비된 제1수요처와;A first heat exchanger connected to the heat pump and having a first heat exchanger for heating and cooling through the high temperature circulation water and the low temperature circulation water of the heat pump;

상기 히트펌프 및 제1수요처로 지열과 열교환을 통한 고온순환수와 저온순환수를 공급하는 지열교환기와;A geothermal heat exchanger for supplying high temperature circulation water and low temperature circulation water through heat exchange with the geothermal heat to the heat pump and the first demand site;

상기 히트펌프와 지열교환기 사이에 배치되어 상기 히트펌프와 지열교환기 사이에서 고온순환수와 저온순환수를 순환시키는 지열순환펌프를 포함한다.And a geothermal circulation pump disposed between the heat pump and the geothermal heat exchanger to circulate the high-temperature circulation water and the low-temperature circulation water between the heat pump and the geothermal heat exchanger.

상기 히트펌프와 제1수요처 사이에 배치되어 상기 히트펌프의 열원을 축열하여 자체적으로 제1수요처에 필요한 열원을 제공하는 제1축열기를 더 포함한다.And a first regenerator disposed between the heat pump and the first consumer to store the heat source of the heat pump and to provide a heat source necessary for the first consumer.

상기 제1수요처의 일측에 제1수요처의 난방이나 냉방시 상기 제1수요처와 상반되게 냉방이나 난방을 수행하기 위한 제2열교환기를 갖는 제2수요처를 더 포함한다.And a second customer having a second heat exchanger for performing cooling or heating in a direction opposite to the first customer when heating or cooling the first consumer at a side of the first consumer.

상기 히트펌프와 제2수요처 사이에 배치되어 상기 히트펌프의 열원을 축열하여 자체적으로 제2수요처에 필요한 열원을 제공하는 제2축열기를 더 포함한다.And a second accumulator disposed between the heat pump and the second demander to store the heat source of the heat pump and to provide a heat source necessary for the second demander.

상기 히트펌프에서 생산되어 각 수요처로 공급된 열원 중 잉여 열원을 열교환기를 통해 회수하여 지열교환기로 회수되는 순환수에 필요에 따라 보충하기 위한 회수 헤더를 더 포함한다.And a recovery header for recovering the surplus heat source produced by the heat pump and supplied to each customer, through the heat exchanger, and supplementing the circulating water recovered to the geothermal exchanger if necessary.

상기 회수 헤더에 의해 회수되어 지열교환기에 축열된 잉여 열원을 히트펌프 및 제2수요처로 공급되는 순환수에 필요에 따라 보충하기 위한 공급 헤더를 더 포함한다.And a supply header for recovering the surplus heat source recovered by the recovery header and stored in the geothermal exchanger, if necessary, to the circulation water supplied to the heat pump and the second customer.

본 발명에 의하면, 냉방시 난방을 필요로 하는 다른 수요처 또는 난방시 냉방을 필요로 하는 다른 수요처로의 열원의 공급이 가능하도록 하여 상황에 따른 다양한 냉·난방 모드를 운전할 수 있도록 함으로써 다양한 운전모드에 대한 열원의 공급이 최적화됨은 물론 이에 따라 에너지를 더욱더 절감할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to supply heat sources to other consumers who require heating during cooling or to other consumers who require cooling during heating, thereby operating various cooling and heating modes depending on the situation, The supply of the heat source for the heat source can be optimized and the energy can be further reduced.

또한, 지중에 버려지는 폐열을 회수하여 열원보상 운전으로 전환시킴으로 냉난방 시스템의 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 이로 인해 에너지 절감을 도모할 수 있는 효과가 있다.In addition, the waste heat recovered from the ground is recovered and converted to a heat source compensating operation, thereby improving the performance of the cooling and heating system, and consequently, energy savings can be achieved.

도 1은 본 발명 폐열회수 및 열원보상을 이용한 지열 냉난방 시스템의 개념도
도 2는 본 발명 폐열회수 및 열원보상을 이용한 지열 냉난방 시스템의 냉방운전모드를 나타낸 개념도
도 3은 본 발명 폐열회수 및 열원보상을 이용한 지열 냉난방 시스템의 냉방 + 난방폐열회수 모드(냉방시 난방수요처가 있는 경우)를 나타낸 개념도
도 4는 본 발명 폐열회수 및 열원보상을 이용한 지열 냉난방 시스템의 열원보상모드(냉방시 난방수요처가 있는 경우)를 나타낸 개념도
도 5는 본 발명 폐열회수 및 열원보상을 이용한 지열 냉난방 시스템의 환전기 운전모드(4월 봄 및 초여름의 경우)를 나타낸 개념도
도 6은 본 발명 폐열회수 및 열원보상을 이용한 지열 냉난방 시스템의 난방운전모드를 나타낸 개념도
도 7은 본 발명 폐열회수 및 열원보상을 이용한 지열 냉난방 시스템의 난방 + 냉방폐열회수 모드(난방시 냉방수요처가 있는 경우)를 나타낸 개념도
도 8은 본 발명 폐열회수 및 열원보상을 이용한 지열 냉난방 시스템의 열원보상모드(난방시 냉방수요처가 있는 경우)를 나타낸 개념도
도 9는 본 발명 폐열회수 및 열원보상을 이용한 지열 냉난방 시스템의 환절기 운전모드(10월, 11월 가을 및 초겨울의 경우)를 나타낸 개념도1 is a conceptual diagram of a geothermal heating / cooling system using waste heat recovery and heat source compensation according to the present invention.
2 is a conceptual diagram illustrating a cooling operation mode of a geothermal cooling / heating system using waste heat recovery and heat source compensation according to the present invention.
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a cooling / heating waste heat recovery mode (when there is a heating consumer in a cooling operation) of the geothermal cooling / heating system using the waste heat recovery and heat source compensation of the present invention
4 is a conceptual diagram illustrating a heat source compensation mode (when there is a heating demand site in a cooling operation) of a geothermal cooling / heating system using waste heat recovery and heat source compensation of the present invention
5 is a conceptual diagram showing a circulating operation mode (in the case of spring and early summer in April) of a geothermal cooling / heating system using waste heat recovery and heat source compensation according to the present invention.
6 is a conceptual diagram showing a heating operation mode of a geothermal cooling / heating system using waste heat recovery and heat source compensation according to the present invention.
FIG. 7 is a conceptual diagram showing a heating / cooling waste heat recovery mode (when there is a cooling demand site in heating) of a geothermal cooling / heating system using waste heat recovery and heat source compensation according to the present invention.
FIG. 8 is a conceptual diagram showing a heat source compensation mode (when there is a cooling demand site in heating) of a geothermal cooling / heating system using waste heat recovery and heat source compensation of the present invention
FIG. 9 is a conceptual diagram showing a mode of operation (in the case of October, November and autumn) of the geothermal cooling and heating system using the present invention waste heat recovery and heat source compensation

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

도 1은 본 발명 폐열회수 및 열원보상을 이용한 지열 냉난방 시스템의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a geothermal cooling / heating system using waste heat recovery and heat source compensation according to the present invention.

본 발명 폐열회수 및 열원보상을 이용한 지열 냉난방 시스템은, 히트펌프(10)와, 제1수요처(16)와, 지열교환기(22)와, 지열순환펌프(20)와, 제1·2순환펌프(12)(34)를 포함한다.The geothermal cooling / heating system using the waste heat recovery and heat source compensation according to the present invention comprises a heat pump 10, a first customer 16, a geothermal heat exchanger 22, a geothermal circulation pump 20, (12) and (34).

상기 히트펌프(10)는, 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기로 구성된 냉각사이클이 마련되고, 상기 냉각사이클의 압축기를 통한 고온순환수 및 증발기를 통한 저온순환수를 얻는다.The heat pump 10 is provided with a cooling cycle composed of a compressor, a condenser, an expansion valve and an evaporator, and obtains hot circulation water through the compressor of the cooling cycle and low-temperature circulation water through the evaporator.

상기 제1수요처(16)는 상기 히트펌프(10)와 순환유로로 연결되어 히트펌프(10)의 고온순환수 및 저온순환수를 통해 열교환되어 난방 및 냉방이 이루어지도록 하는 제1열교환기(18)가 구비된다.The first customer 16 is connected to the heat pump 10 through a circulation channel and is connected to a first heat exchanger 18 for heating and cooling the refrigerant by heat exchange through the high temperature circulation water and the low temperature circulation water of the heat pump 10 .

상기 지열교환기(22)는 상기 히트펌프(10) 및 제1수요처(16)로 지열과 열교환을 통한 고온순환수 및 저온순환수를 공급한다.The geothermal heat exchanger 22 supplies the hot pump 10 and the first consumer 16 with hot circulation water and hot circulation water through heat exchange with the geothermal heat.

상기 지열순환펌프(20)는 상기 히트펌프(10)와 지열교환기(22) 사이에 배치되어 상기 히트펌프(10)와 지열교환기(22)간의 고온순환수 및 저온순환수를 순환시키는 기능을 수행한다.The geothermal circulation pump 20 is disposed between the heat pump 10 and the geothermal heat exchanger 22 to circulate the high temperature circulation water and the low temperature circulation water between the heat pump 10 and the geothermal heat exchanger 22 do.

상기 히트펌프(10)와 상기 제1수요처(16) 사이에는 상기 히트펌프(10)의 열원을 축열하여 자체적으로 제1수요처(16)에 필요한 열원을 제공하는 제1축열기(14)가 마련되어 있다.A first accumulator 14 is provided between the heat pump 10 and the first customer 16 to store the heat source of the heat pump 10 and provide a heat source necessary for the first customer 16 have.

그리고 상기 제1수요처(16)의 일측에는 상기 제1수요처(16)의 난방이나 냉방시 상기 제1수요처(16)와 상반되게 냉방이나 난방을 수행하도록 제2열교환기(30)가 구비된 제2수요처(28)가 마련되어 있다.And a second heat exchanger (30) provided on one side of the first customer (16) so as to perform cooling or heating opposite to the first customer (16) when the first customer (16) 2 consumer demand (28) is provided.

상기 제2수요처(28) 일측에는 제2수요처(28)의 제2열교환기(30)를 통한 열원을 축열하여 자체적으로 제2수요처(28)에 필요한 열원을 제공하는 제2축열기(32)가 마련되어 있다.A second accumulator 32 for storing a heat source through the second heat exchanger 30 of the second customer 28 and providing a heat source necessary for the second customer 28 to the second customer 28, Respectively.

그리고 상기 히트펌프(10)에서 생산되어 각 수요처로 공급된 열원 중 잉여 열원을 열교환기를 통해 회수하여 지열교환기(22)로 회수되는 순환수에 필요에 따라 보충하기 위한 회수 헤더(24)가 마련되어 있고, 상기 회수 헤더(24)에 의해 회수되어 지열교환기(22)에 축열된 잉여 열원을 히트펌프(10) 및 제2수요처(28)로 공급되는 순환수에 필요에 따라 보충하기 위한 공급 헤더(26)가 마련되어 있다.A recovery header 24 for recovering the surplus heat source produced by the heat pump 10 and supplied to each customer through a heat exchanger and supplementing the circulating water recovered to the geothermal exchanger 22 as needed is provided A supply header 26 for recovering the surplus heat source recovered by the recovery header 24 and stored in the geothermal exchange 22 to the circulation water supplied to the heat pump 10 and the second customer 28 as needed ).

이러한 구성을 갖는 본 발명의 다양한 운전모드를 설명한다.Various operation modes of the present invention having such a configuration will be described.

먼저, 도 2를 참조하여 냉방운전모드를 살펴보면, 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기로 구성된 냉각사이클(미도시)을 갖는 히트펌프(10)의 증발기에서 발생된 저온 냉기와 열교환된 저온교환수는 제3순환펌프(13)의 가동에 의해 제1축열기(14)를 거쳐 제1수요처(16)를 냉방시킨 후, 제1축열기(14)를 거쳐 히트펌프(10)로 회수되면서 다시 냉각사이클의 냉기와 열교환되어 저온순환수가 생성되고, 이 저온순환수를 다시 제1수요처(16)에 공급하는 과정을 반복하여 상기 제1수요처(10)를 냉방시킨다.Referring to FIG. 2, in the cooling operation mode, the low-temperature water exchanged with the low temperature cold air generated in the evaporator of the heat pump 10 having a cooling cycle (not shown) composed of a compressor, a condenser, The first circulation pump 13 is operated to cool the first consumer 16 via the first accumulator 14 and then is recovered by the heat pump 10 through the first accumulator 14 and then cooled again Temperature circulation water is generated by the heat exchange with the cold air of the cycle and the low-temperature circulation water is supplied again to the first consumer 16 to cool the first consumer.

그리고 상기 히트펌프(10)의 압축기에서 발생된 고온 온기에 의한 고온순환수는 지열순환펌프(20)의 가동에 의해 지열교환기(22)로 공급되어 지열과 열교환된 후, 히트펌프(10)로 회수되면서 다시 냉각사이클의 고온 온기와 열교환되어 생성되는 고온순환수를 다시 지열교환기(22)로 공급하는 과정을 반복하게 된다.The high-temperature circulating water generated by the compressor of the heat pump 10 is supplied to the geothermal heat exchanger 22 by the operation of the geothermal circulation pump 20 and heat-exchanged with the geothermal heat, And the hot circulation water generated by heat exchange with the hot water in the cooling cycle is supplied to the geothermal exchanger 22 again.

그리고 도 3을 참조하여 냉방 + 난방폐열회수 모드(냉방시 난방수요처가 있는 경우)를 살펴보면, 상기 히트펌프(10)의 증발기에서 발생된 저온 냉기와 열교환 저온순환수는, 제3순환펌프(13)의 가동에 의해 제1축열기(14)를 거쳐 냉방수요처인 제1수요처(16)를 냉방시킨 후, 제1축열기(14)를 거쳐 히트펌프(10)로 회수되어 다시 냉각사이클의 냉기와 열교환되면서 저온순환수가 생성되고, 이 저온순환수를 다시 제1수요처(16)에 공급하는 과정을 반복하여 제1수요처(16)를 냉방시킨다.Referring to FIG. 3, in the cooling / heating waste heat recovery mode (when there is a demand for heating in cooling), the cold coolant and the heat exchange cold circulation water generated in the evaporator of the heat pump 10 are circulated through the third circulation pump 13 The refrigerant is recovered by the heat pump 10 through the first accumulator 14 and then the refrigerant of the cooling cycle is cooled again through the first accumulator 14 by way of the first accumulator 14, And the low-temperature circulation water is supplied to the first customer 16 again, so that the first customer 16 is cooled.

그리고 상기 냉방 중 난방 수요처가 있는 경우, 상기 히트펌프(10)의 압축기에서 발생된 고온 온기와 열교환된 고온순환수는 지열순환펌프(20)의 가동에 의해 제2열교환기(30)에서 열교환된 후, 제2수요처(28)를 난방시키고 나서 상기 지열순환펌프(20)를 거쳐 히트펌프(10)로 회수되어 다시 냉각사이클의 고온 온기와 열교환되면서 고온순환수가 생성되고, 이 고온순환수를 다시 제2수요처(28)에 공급하는 과정을 반복하여 제2수요처(28)를 난방시킨다.When there is a demand for heating in the cooling, the hot circulation water heat-exchanged with the hot and warm air generated in the compressor of the heat pump 10 is heat-exchanged in the second heat exchanger 30 by the operation of the geothermal circulation pump 20 After heating the second demand point 28, the refrigerant is recovered by the heat pump 10 via the geothermal circulation pump 20 and is again heat-exchanged with the hot temperature of the cooling cycle to generate hot circulation water. To the second demander (28) to heat the second demander (28).

여기서, 상기 제2열교환기(30)에서 열교환된 고열은 제2축열기(32)에 저장되어 있다가 제2수요처(28)로 공급되도록 할 수도 있다.The high-temperature heat-exchanged in the second heat exchanger 30 may be stored in the second accumulator 32 and then supplied to the second customer 28.

그리고 도 4를 참조하여 열원보상모드(냉방시 난방수요처가 있는 경우)를 살펴보면, 상기 히트펌프(10)의 증발기에서 발생된 저온 냉기와 열교환된 저온순화수가 제3순환펌프(13)의 가동에 의해 제1축열기(14)를 거쳐 제1수요처(16)를 냉방시킨 후, 제1축열기(14)를 거쳐 히트펌프(10)로 회수되면서 다시 냉각사이클의 냉기와 열교환되어 저온순환수가 생성되며, 이 저온순환수를 제1수요처(16)에 공급하는 과정을 반복하여 제1수요처(16)를 냉방시킨다.Referring to FIG. 4, in the heat source compensation mode (when there is a demand for heating in the cooling), the heat of the low-temperature purified water exchanged with the cold cool air generated in the evaporator of the heat pump 10 is transmitted to the third circulation pump 13 The refrigerant is recovered by the heat pump 10 via the first accumulator 14 and is again heat-exchanged with the cold air in the cooling cycle to generate the low temperature circulation water And the process of supplying the low temperature circulating water to the first consumer 16 is repeated to cool the first consumer 16.

이때, 상기 제1수요처(16)의 냉방부하가 적거나 없고 제2수요처(28)의 난방 및 급탕부하가 있을 시, 히트펌프(10)에서 생산된 남은 냉기는 제1축열기(14)를 거쳐 제1순환펌프(12)를 통해 제1열교환기(18)에서 지열교환기(22)의 온기와 열교환되어 온기가 냉기로 열교환이 이루어지고, 열교환된 냉기는 제2순환펌프(34)를 거쳐 공급 및 회수 헤더(26)(24)를 거쳐 지열교환기(22)에 냉기를 축열시키므로 열원보상 운전이 이루어진다. 즉, 열원이 보상된 지열교환기(22)는 일반 냉방 운전시 히트펌프(10)의 성능을 높여줄 수 있다.At this time, when there is little or no cooling load of the first customer 16 and there is heating and hot water supply load of the second customer 28, the remaining cool air produced by the heat pump 10 is supplied to the first accumulator 14 Exchanged with the warm air of the geothermal heat exchanger 22 through the first circulation pump 12 through the first circulation pump 12, and the heat exchanged with the cool air is passed through the second circulation pump 34 The coolant is stored in the geothermal heat exchanger 22 via the supply and recovery headers 26 and 24 so that the heat source compensation operation is performed. That is, the geothermal heat exchanger 22 with the heat source compensated can improve the performance of the heat pump 10 during the normal cooling operation.

그리고 제2수요처(28)의 난방 및 급탕 부하는 히트펌프(10)에서 지중에 버려지는 폐열을 지열순환펌프(20)를 통해 제2열교환기(30)에서 열교환이 이루어지고, 열교환된 폐열은 제2축열기(22)를 통해 제2수요처(28)의 난방 및 급탕 부하를 충족시킬 수 있으며, 제2수요처(28)의 난방 및 급탕 부하가 많아 가동 시간이 길어질수록 지열교환기(22)의 열원보상 운전은 비례하여 길어지므로 시스템 성능을 높일 수 있다.The heating and hot water supply loads of the second demanding customer 28 are heat exchanged in the second heat exchanger 30 through the geothermal circulation pump 20 and waste heat discharged from the heat pump 10 into the ground, It is possible to satisfy the heating and hot water supply load of the second demanding customer 28 through the second accumulator 22 and the longer the operating time due to the heating and hot water supply load of the second customer 28, The heat source compensation operation is prolonged proportionally, so that the system performance can be improved.

그리고 도 5를 참조하여 환전기 운전모드(4월 봄 및 초여름의 경우)를 살펴보면, 이는 겨울에 축적된 지중온도 10~15 내외의 순환수를 히트펌프(10) 가동전의 봄 및 초여름 환전기에 제2순환펌프(34)를 작동하여 지중 냉기로 제1수요처(16)에 대한 냉방 운전을 수행하는 것으로서, 상기 지열교환기(22)의 냉기가 제2순환펌프(34)에 의해 공급 헤드(26)를 거쳐 상기 제1열교환기(18)에서 열교환된 후, 제1순환펌프(12)에 의해 다시 열교환되어 제1축열기(14)를 거쳐 제1수요처(16)를 냉방시킬 수 있다.Referring to FIG. 5, in the case of a circulating operation mode (in the case of spring and early summer in April), circulating water having an in-ground temperature of about 10 to 15 accumulated in the winter is supplied to the spring and early summer currency exchanger before the heat pump 10 is started The circulation pump 34 is operated to perform a cooling operation for the first customer 16 with a geothermal cooler and the cool air of the geothermal heat exchanger 22 is supplied to the supply head 26 by the second circulation pump 34, Exchanged in the first heat exchanger 18 and then heat-exchanged again by the first circulation pump 12 to cool the first consumer 16 through the first accumulator 14.

또한, 상기 제1수요처(16)를 냉방시킨 냉기와 열교환된 온기는 제1열교환기(18)를 통해 지열교환기(22)로 회수되어 다시 지하의 저온 냉기와 열교환이 이루어지는 저온순환수를 다시 상기 제1수요처(16)로 공급하는 과정을 반복하게 된다.The hot water circulated through the first heat exchanger (18) is returned to the geothermal heat exchanger (22) through the first heat exchanger (18) To the first demander (16).

그리고 상기 지하의 저온 냉기는 상기 제1열교환기(18)에서 열교환된 후, 상기 제1순환펌프(12)의 가동에 의해 제1축열기(14)로 냉기를 축열시킬 수도 있다.The low-temperature cold air in the underground may be heat-exchanged in the first heat exchanger 18, and then the cold air may be stored in the first accumulator 14 by the operation of the first circulation pump 12.

한편, 초기 투자비 절감의 일환으로 제2순환펌프(34)의 용량을 줄이기 위해서 지열교환기(22)에 별도의 순환펌프를 설치할 수도 있는 것이다.Meanwhile, in order to reduce the initial investment cost, a separate circulation pump may be installed in the geothermal heat exchanger 22 to reduce the capacity of the second circulation pump 34.

그리고 도 6을 참조하여 난방운전모드를 살펴보면, 히트펌프(10)의 압축기에서 발생된 고온 온기와 열교환된 고온순환수는 제3순환펌프(13)의 가동에 의헤 제1축열기(14)를 거쳐 제1수요처(16)를 난방시킨 후, 제1축열기(14)를 거쳐 히트펌프(10)로 회수되어 다시 냉각사이클의 고온 온기와 열교환되어 고온순환수가 생성되고, 이 고온순환수를 다시 제1수요처(16)에 공급하는 과정을 반복하여 제1수요처(16)는 난방시킬 수 있다.Referring to FIG. 6, in the heating operation mode, the high-temperature circulating water heat-exchanged with the high-temperature warming generated in the compressor of the heat pump 10 is circulated through the first regenerator 14 After the first customer 16 is heated, the refrigerant is recovered by the heat pump 10 through the first accumulator 14 and is again heat-exchanged with the hot temperature of the cooling cycle to generate hot circulation water. The first demand point 16 can be heated by repeating the process of supplying the first demand point to the first demand point 16.

그리고 상기 히트펌프(10)의 증발기에서 발생된 저온 냉기에 의한 저온순환수는 지열순환펌프(20)의 가동에 의해 지열교환기(22)로 공급되어 지열과 열교환된 후, 히트펌프(10)로 회수되면서 다시 냉각사이클의 저온 냉기와 열교환되어 생성되는 고온순환수를 다시 지열교환기(22)로 공급하는 과정을 반복하게 된다.The low temperature circulating water generated by the cold cooler generated in the evaporator of the heat pump 10 is supplied to the geothermal heat exchanger 22 by the operation of the geothermal circulation pump 20 and heat exchanged with the geothermal heat, And the hot circulation water generated by heat exchange with the cold cool air in the cooling cycle is supplied to the geothermal exchanger 22 again.

그리고 도 7을 참조하여 난방 + 냉방폐열회수 모드(난방시 냉방수요처가 있는 경우)를 살펴보면, 상기 히트펌프(10)의 압축기에서 발생된 고온 온기와 열교환된 고온순환수는 제3순환펌프(13)의 가동에 의해 제1축열기(14)를 거쳐 난방수요처인 제1수요처(16)를 난방시킨 후, 제1축열기(14)를 거쳐 히트펌프(10)로 회수되면서 다시 냉각사이클의 온기와 열교환되어 고온순환수가 생성되고, 이 고온순환수를 다시 제1수요처(16)에 공급하는 과정을 반복하여 제1수요처(16)를 난방시킨다.Referring to FIG. 7, the heating / cooling waste heat recovery mode (when there is a cooling demand customer when heating) is described as follows. The hot circulation water heat exchanged with the hot water generated in the compressor of the heat pump 10 is circulated through the third circulation pump 13 The first customer 16 which is a customer of heating is heated through the first regenerator 14 by the operation of the first regenerator 14 and then is recovered by the heat pump 10 through the first regenerator 14, So that the high-temperature circulating water is again supplied to the first consumer 16, and the first consumer 16 is heated.

그리고 상기 난방 중 냉방 수요처가 있는 경우, 상기 히트펌프(10)의 증발기에서 발생된 저온 냉기와 열교환된 저온순환수는 지열순환펌프(0)의 가동에 의해 제2열교환기(30)에서 열교환이 이루어진 후, 제2수요처(28)를 냉방시킨 후, 지열순환펌프(30)를 거쳐 상기 히트펌프(10)로 회수되어 다시 냉각사이클의 저온 냉기와 열교환이 이루어진 저온순환수를 다시 제2수요처(28)로 공급하는 과정을 반복하게 된다.In the case where there is a cooling demand customer during the heating, the low-temperature circulating water heat-exchanged with the low-temperature cold air generated in the evaporator of the heat pump 10 is heat-exchanged in the second heat exchanger 30 by the operation of the geothermal circulation pump The circulation water is circulated through the circulation pump 30 to the heat pump 10 and then the cold circulation water is again exchanged with the cold air in the cooling cycle, 28). ≪ / RTI >

여기서 상기 제2열교환기(30)에서 열교환된 냉기는 제2축열기(32)에 저장되어 있다가 제2수요처(28)로 공급되도록 할 수도 있다.Here, the cool air heat-exchanged in the second heat exchanger (30) may be stored in the second accumulator (32) and then supplied to the second customer (28).

그리고, 도 8을 참조하여 열원보상모드(난방시 냉방수요처가 있는 경우)를 살펴보면, 상기 히트펌프(10)의 압축기에서 발생된 고온 온기와 열교환된 고온순환수는 제3순환펌프(13)의 가동에 의해 제1축열기(14)를 거쳐 제1수요처(16)를 난방시킨 후, 제1축열기(14)를 거쳐 히트펌프(10)로 회수되어 다시 냉각사이클의 온기와 열교환되어 고온순환수가 발생하고, 상기 고온순환수를 다시 제1수요처(16)에 공급하는 과정을 반복하여 상기 제1수요처(16)를 난방시킨다.Referring to FIG. 8, in the heat source compensation mode (when there is a cooling demand source in heating), the hot circulation water heat-exchanged with the hot and warm air generated in the compressor of the heat pump 10 is circulated through the third circulation pump 13 The first heat source 16 is heated by the first heat exchanger 14 through the first heat exchanger 14 and then is recovered by the heat pump 10 through the first accumulator 14 and is again heat exchanged with the warmer of the cooling cycle, And the high-temperature circulating water is supplied again to the first consumer 16, so that the first consumer 16 is heated.

상기 제1수요처(16)의 난방 부하가 적거나 없고 제2수요처(28)의 냉방 부하가 있을 시, 히트펌프(10)에서 생산된 남은 온기는 제1축열기(14)를 거쳐 제1순환펌프(12)를 통해 제1열교환기(18)에서 온기가 열교환되며, 열교환된 온기는 제2순환펌프(34)를 거쳐 공급 및 회수 헤더(26)(24)를 거쳐 지열교환기(22)에 온기를 축열시켜 열원 보상 운전이 이루어진다. 이 열원보상된 지열교환기(22)는 일반 난방 운전시 히트펌프(10)의 성능을 높여줄 수 있다.When there is little or no heating load of the first consumer 16 and there is a cooling load of the second consumer 28, the remaining warmth produced by the heat pump 10 flows through the first accumulator 14, Heat is exchanged in the first heat exchanger 18 through the pump 12 and the heat exchanged warmer is supplied to the geothermal heat exchanger 22 via the second circulation pump 34 and the supply and recovery headers 26 and 24 The heat source is stored and the heat source compensation operation is performed. This heat source compensated geothermal heat exchanger 22 can improve the performance of the heat pump 10 in the general heating operation.

그리고 제2수요처(28)의 냉방 부하는 히트펌프(10)에서 지중에 버려지는 폐열(냉기)을 지열순환펌프(20)를 통해 제2열교환기(30)에서 열교환시킨 후, 제2축열기(22)를 통해 제2수요처(28)의 냉방 부하를 충족시킬 수 있으므로 제2수요처(28)의 냉방 부하가 많아 가동시간이 길어질수록 지열교환기(22)의 열원보상 운전은 비례하여 길어지며 시스템 성능도 함께 높일 수 있다.The cooling load of the second demand point 28 is obtained by exchanging the waste heat (cool air) discarded in the ground by the heat pump 10 with the second heat exchanger 30 through the geothermal circulation pump 20, The heat source compensation operation of the geothermal heat exchanger 22 is prolonged proportionally as the operation time becomes long due to a large cooling load of the second demand point 28 because the cooling load of the second demand point 28 can be satisfied through the second demand point 22, Performance can also be increased.

여기서 상기 제2열교환기(30)에서 열교환된 냉기는 제2축열기(32)에 저장되었다가 제2수요처(28)로 공급되도록 할 수도 있다.Here, the cool air heat-exchanged in the second heat exchanger (30) may be stored in the second accumulator (32) and supplied to the second customer (28).

그리고 도 9를 참조하여 환전기 운전모드(10월, 11월 가을 및 초겨울의 경우)를 살펴보면, 이는 여름에 축적된 지중온도 20도 내외의 순환수를 히트펌프(10) 가동전의 가을 및 초겨울 환전기에 제2순환펌프(34)를 작동하여 지중 온기로 제1수요처(16)에 대한 난방운전을 수행하는 것으로서 상기 지열교환기(22)의 온기가 제2순환펌프(34)에 의해 공급 헤더(26)를 거쳐 제1열교환기(18)에서 열교환된 후, 제1순환펌프(12)에 의해 제1축열기(14)를 거쳐 제1수요처(16)를 난방시킨다.Referring to FIG. 9, the circulating water operating mode (in the case of October, November, and early winter) is shown as follows. That is, The second circulation pump 34 is operated to perform the heating operation for the first customer 16 with the ground warmer and the warmth of the geothermal exchange 22 is supplied to the supply header 26 Exchanged in the first heat exchanger 18 and then heated by the first circulation pump 12 through the first accumulator 14 to the first consumer 16.

또한, 상기 제1수요처(16)를 난방시킨 온기와 열교환된 냉기는 제1열교환기(18)를 통해 지열교환기(22)로 회수되어 다시 지하의 고온 온기와 열교환이 이루어지는 고온순환수를 다시 상기 제1수요처(16)로 공급하는 과정을 반복하게 된다.The hot water circulating in the first customer 16 is recovered to the geothermal exchanger 22 through the first heat exchanger 18 and then the hot circulating water is again exchanged with the hot water in the underground. To the first demander (16).

그리고 상기 지하의 고온 온기는 상기 제1열교환기(18)에서 열교환된 후, 상기 제1순환펌프(12)의 가동에 의해 제1축열기(14)로 온기를 축열시킬 수도 있다.The hot water in the underground may be heat-exchanged in the first heat exchanger (18), and then stored in the first accumulator (14) by the operation of the first circulation pump (12).

이상에서와 같이, 제1·2수요처(16)(28)의 기본 냉·난방을 위한 히트펌프(10)와, 열원보상을 위한 지열교환기(22)와, 여유 열원을 축열하기 위한 제1·2축열기((14)(32)와, 필요에 따라 열원 보충을 위한 공급 및 회수 헤더(26)(24)와, 순환수를 순환시키기 위한 지열순환펌프(20) 및 제1·2·3순환펌프(12)(34)(13)를 포함하여 상황에 따른 다양한 냉·난방 모드 즉, 기본적인 냉·난방과 냉·난방시 다른 난·냉방 수요처로의 열원 공급 및 봄·가을 환절기에 히트펌프(10) 가동 없이 해당 수요처로 적절한 열원을 공급할 수 있게 되어 다양한 운전모드에 대한 열원 공급이 최적화됨은 물론 이에 따라 에너지 절감을 도모할 수 있는 것이다.As described above, the heat pump 10 for the basic cooling and heating of the first and second customers 16 and 28, the geothermal exchanger 22 for the heat source compensation, A supply and recovery header 26 (24) for supplementing a heat source as necessary, a geothermal circulation pump 20 for circulating the circulation water, and a first and second In the various cooling and heating modes including the circulation pumps 12, 34 and 13, that is, in the basic cooling / heating and heating / cooling, the heat source is supplied to the other heating / (10) It is possible to supply the appropriate heat source to the customer without operation, thereby optimizing the supply of the heat source to various operation modes, thereby saving energy.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다 할 것이다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. This is possible.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the illustrated embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the following claims.

10: 히트펌프 12,34,13: 제1·2·3순환펌프
14,32: 제1·2축열기 16,28: 제1·2수요처
18,30: 제1·2열교환기 20: 지열순환펌프
22: 지열교환기 24: 회수 헤더
26: 공급 헤더10: heat pump 12, 34, 13: circulation pump 1, 2, 3
14,32: Opening of the first · 2 axis 16,28: The demand of the first · 2 demand
18,30: First and second heat exchangers 20: Geothermal circulation pumps
22: geothermal exchanger 24: recovery header
26: Supply header

Claims (6)

압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기로 구성된 냉각사이클의 압축기를 통한 고온순환수 및 증발기를 통한 저온순환수를 얻는 히트펌프와;
상기 히트펌프와 연결되어 히트펌프의 고온순환수 및 저온순환수를 통해 난방 및 냉방이 이루어지도록 하는 제1열교환기가 구비된 제1수요처와;
상기 제1수요처의 일측에 제1수요처의 난방이나 냉방시 상기 제1수요처와 상반되게 냉방이나 난방을 수행하기 위한 제2열교환기를 갖는 제2수요처와;
상기 히트펌프 및 제1수요처로 지열과 열교환을 통한 고온순환수와 저온순환수를 공급하는 지열교환기와;
상기 히트펌프와 지열교환기 사이에 배치되어 상기 히트펌프와 지열교환기 사이에서 고온순환수와 저온순환수를 순환시키는 지열순환펌프와;
상기 히트펌프와 상기 제1수요처 사이에 배치되어 상기 히트펌프의 열원을 축열하여 자체적으로 상기 제1수요처에 필요한 열원을 제공하는 제1축열기와;
상기 히트펌프와 상기 제2수요처 사이에 배치되어 상기 히트펌프의 열원을 축열하여 자체적으로 상기 제2수요처에 필요한 열원을 제공하는 제2축열기를 포함하며,
상기 구성에 의한 운전모드 중 열원보상모드(냉방시 난방수요처가 있는 경우)는, 상기 제1수요처의 냉방부하가 적거나 없고 상기 제2수요처의 난방 및 급탕부하가 있을 때, 상기 히트펌프에서 생산된 남은 냉기가 상기 제1축열기를 거쳐 상기 제1열교환기에서 상기 지열교환기의 온기와 열교환되어 온기가 냉기로 열교환이 이루어지고, 열교환된 냉기는 공급 및 회수 헤더를 거쳐 상기 지열교환기에 냉기를 축열시키므로 열원보상 운전이 이루어지고, 또한 상기 히트펌프에서 지중에 버려지는 폐열이 상기 제2열교환기에서 열교환이 이루어지고, 열교환된 폐열은 상기 제2축열기를 통해 상기 제2수요처의 난방 및 급탕 부하를 충족시켜 상기 제2수요처의 난방 및 급탕 부하가 많아 가동 시간이 길어질수록 상기 지열교환기의 열원보상 운전은 비례하여 길어지는 것을 특징으로 하는 폐열회수 및 열원보상을 이용한 지열 냉난방 시스템.A heat pump for obtaining high-temperature circulation water through a compressor of a cooling cycle and low-temperature circulation water through an evaporator composed of a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator;
A first heat exchanger connected to the heat pump and having a first heat exchanger for heating and cooling through the high temperature circulation water and the low temperature circulation water of the heat pump;
A second customer having a second heat exchanger for performing cooling or heating in a direction opposite to the first customer when heating or cooling the first consumer at one side of the first customer;
A geothermal heat exchanger for supplying high temperature circulation water and low temperature circulation water through heat exchange with the geothermal heat to the heat pump and the first demand site;
A geothermal circulation pump disposed between the heat pump and the geothermal heat exchanger for circulating high temperature circulation water and low temperature circulation water between the heat pump and the geothermal heat exchanger;
A first accumulator disposed between the heat pump and the first demand store for storing a heat source of the heat pump to provide a heat source necessary for the first demand store;
And a second accumulator disposed between the heat pump and the second demander to store a heat source of the heat pump and to provide a heat source necessary for the second demander,
The heat source compensation mode (when there is a heating demand source in the cooling mode) among the operation modes according to the above configuration is a mode in which, when there is little or no cooling load of the first demand customer and there is heating and hot water supply load of the second customer, The remaining cold air is heat-exchanged with the warm air of the geothermal heat exchanger in the first heat exchanger through the first regenerator, and the heat exchanged with the cold air is carried out through the first regenerator. The waste heat discharged from the heat pump is heat-exchanged in the second heat exchanger, and the heat-exchanged waste heat is heat-exchanged through the second condenser, The heat source compensating operation of the geothermal heat exchanger is proportional to the length of the long service life due to the heating and hot water supply load of the second customer, Geothermal heating and cooling system using waste heat recovery and heat sources, characterized in that compensation to be. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 히트펌프에서 생산되어 각 수요처로 공급된 열원 중 잉여 열원을 열교환기를 통해 회수하여 지열교환기로 회수되는 순환수에 필요에 따라 보충하기 위한 회수 헤더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열회수 및 열원보상을 이용한 지열 냉난방 시스템.The method according to claim 1,
Further comprising a recovery header for collecting surplus heat sources produced by the heat pump and supplied to respective customers through a heat exchanger and supplementing the circulation water recovered to the geothermal exchanger if necessary. A geothermal heating and cooling system using. 청구항 5에 있어서,
상기 회수 헤더에 의해 회수되어 지열교환기에 축열된 잉여 열원을 히트펌프 및 제2수요처로 공급되는 순환수에 필요에 따라 보충하기 위한 공급 헤더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열회수 및 열원보상을 이용한 지열 냉난방 시스템.The method of claim 5,
And a supply header for recovering the surplus heat source recovered by the recovery header and stored in the geothermal heat exchanger to the heat pump and the circulation water supplied to the second customer as necessary. Geothermal heating and cooling system.
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