KR101836360B1 - 지중열 및 태양열을 이용한 하이브리드 열교환 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 건물의 냉방 및 난방이 필요한 전환시점에 건물의 냉방 및 난방상태 전환이 원활하게 이루어질 수 있도록 실내온도, 축열조온도, PVT 온도 또는 지열온도 중 어느 하나 이상의 온도를 기준으로 운전모드를 변경하는 지중열 및 태양열을 이용한 하이브리드 열교환 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 지중열 및 태양열을 이용한 하이브리드 열교환 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
태양열 또는 태양광을 이용한 친환경적인 주택에 대한 관심이 높아지고 있다.
또한, 지열이나 대기열을 이용하여 냉난방을 하기 위하여 개발된 지열히트펌프, 대기열히트펌프가 건물의 냉난방에 활용되고 있다.
상기에 사용되는 지열 또는 대기열히트펌프에 대하여 간략하게 살펴보면, 낮은 온도에서 높은 온도로 열을 끌어올리도록 구성되어 있어 일반적으로 열은 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 성질과는 반대이다.
이러한 지열 또는 대기열히트펌프는 최초에 냉장고, 냉동고, 에어컨과 같이 압축된 냉매를 증발시켜 주위의 열을 빼앗는 용도로 개발되었다.
그러나 지금은 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원(熱源)을 고온으로 전달하는 냉방장치, 고온의 열을 저온으로 전달하는 난방장치, 냉난방 겸용장치를 포괄하는 의미로 쓰인다.
종래에는 실내의 냉난방을 위한 수단으로서 전기식 히트펌프유닛(EHP)이 주로 사용되었다.
그러나 상기 전기식 히트펌프유닛은, 단독으로 냉난방을 수행하는 경우에 온도부하에 따라 부분부하운전을 수행하기 위한 인버터(Inverter)와, 동절기 낮은 외기온도로 인하여 열교환수 순환관의 외측에 결빙현상이 심하게 나타나 난방능력을 저하시키는 문제점을 해결하기 위한 성에제거용 보조열원으로서의 전기히터가 반드시 설치되어야 하므로, 장치 자체가 복잡하고 대형화될 뿐만 아니라 상기 인버터 및 전기히터의 사용으로 인하여 유지비용이 과다하게 소요되는 단점이 있었다.
상술한 전기식 히트펌프유닛(EHP)의 단점을 해결하기 위한 새로운 대체 수단으로 최근에는 가정 또는 사무실 등 소규모 주거공간에서 냉난방 겸용의 축열식 히트펌프유닛이 사용되고 있다. 축열식 히트펌프유닛은 심야의 값싼 잉여전력을 사용하여 여름철에는 냉수 또는 얼음(빙축열)을, 겨울철에는 고온수를 축열조에 저장하여 주간의 냉ㆍ난방에 이용하는 공조시스템으로서, 심야의 싼 전력을 이용하므로 주간에 집중되는 소비성향으로 인한 전력수급에 대한 불균형을 분산 또는 해소하고, 에너지를 효율적으로 이용할 수 있는 이점을 갖는다.
그러나 종래의 축열식 히트펌프유닛은, 축열조의 성능이 불량하여 작은 온도차에 의한 성층도로 운전됨으로써 그 효율성이 저조하게 나타나는 문제점이 있었다. 또한, 냉난방을 병행하는 종래의 축열식 히트펌프유닛은, 냉방 또는 난방모드로 전환되는 경우에 있어서, 냉방시에는 부하측에서 회수되는 물이 축열조의 상부로 유입되고 난방시에는 부하측에서 회수되는 물이 축열조의 하부로 유입되는 유체의 교체흐름을 유지하여야 하므로 배관설계상의 많은 어려움이 있었다.
또한, 상기와 같은 태양광이나 지열 또는 대기열을 이용하여 구축되는 주택의 냉난방 시스템에서의 단점을 살펴보면, 지열히트펌프 또는 대기열히트펌프를 가동시키기 위한 전기를 전적으로 한전에서 공급받고 있기 때문에 전기요금이 누진요금을 벗어날 수가 없는 단점이 있어 경제성이 떨어지는 등의 문제점이 있다.
이와 관련된 기술로서, 본 출원인은 한국공개특허 제2011-0079003호의 신재생 하이브리드 열 공급장치에 있어서, 태양열에 의해 온열 에너지를 공급하는 태양열 집진장치와; 지열의 열원(heat source) 또는 열싱크(heat sink)를 이용하여 온열 또는 냉열 에너지를 공급하는 지열 히트펌프장치와; 상기 태양열 집진장치와 지열 히트펌프장치가 각각 연결되어 열에너지를 공급받아 필요한 곳에 공급하는 축열장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치를 제시하였으나, 열교환매체의 열손실을 방지하기 위한 구체적인 제어방법에 대해서는 제시하지 않았다.
따라서 상술한 문제점을 해결하기 위한 다양한 지중열 및 태양열을 이용한 하이브리드 열교환 시스템의 제어방법의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 건물의 냉방 및 난방이 필요한 전환시점에 건물의 냉방 및 난방상태 전환이 원활하게 이루어질 수 있는 지중열 및 태양열을 이용한 하이브리드 열교환 시스템 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것이다.
특히, 본 발명의 목적은 지중열 및 태양열을 이용한 하이브리드 열교환 시스템 및 그 제어방법은 건물의 냉방, 난방, 축열 상태 별로 태양광 전지모듈, 지열 열교환 루프, 히트펌프, 축열조, 건물 사이의 열교환매체의 흐름을 다양하게 하여 열교환매체의 열손실을 최소화할 수 있는 지중열 및 태양열을 이용한 하이브리드 열교환 시스템 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 지중열 및 태양열을 이용한 하이브리드 열교환 시스템은 태양광 발전 및 태양열 집열을 수행하는 태양광 전지모듈(10); 지열을 이용하여 냉방 또는 난방을 수행하는 지열 열교환 루프(20); 상기 태양광 전지모듈(10) 및 지열 열교환 루프(20)의 열교환을 수행하는 히트펌프(30); 상기 태양광 전지모듈(10), 지열 열교환 루프(20) 및 히트펌프(30)에서 전달된 열이 축열되는 축열조(40); 상기 태양광 전지모듈(10), 지열 열교환 루프(20), 히트펌프(30), 축열조(40), 건물을 서로 연결하며 열교환매체가 유통되는 배관(50); 상기 다수의 배관(50)에서 상기 태양광 전지모듈(10), 지열 열교환 루프(20), 히트펌프(30), 축열조(40), 건물 사이에 각각 설치되어 열교환매체의 유통경로를 제어하는 다수의 순환펌프(60); 및 상기 태양광 전지모듈(10), 지열 열교환 루프(20), 히트펌프(30), 축열조(40)에 각각 저장된 열교환매체의 온도와 건물의 실내온도를 각각 측정하는 다수의 온도센서(70);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 축열조(40)는 내부에 전기히터가 설치되며, 상기 전기히터의 전원이 상기 태양광 전지모듈에서 태양광 발전에 의해 생성된 전원인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 지중열 및 태양열을 이용한 하이브리드 열교환 시스템의 제어방법에 관한 것으로, 상기 지중열 및 태양열을 이용한 하이브리드 열교환 시스템의 제어방법은 실내온도에 따라 난방모드, 축열모드 또는 냉방모드가 결정되며, 상기 난방모드는 측정된 축열조온도, 태양광 전지모듈 온도 또는 지열온도를 기준으로 복수의 난방모드로 구분되며, 상기 축열모드는 측정된 축열조 온도, 태양광 전지모듈 온도, 지열온도 중 어느 하나 이상을 기준으로 복수의 축열모드로 구분되며, 상기 냉방모드는 측정된 실내온도와 태양광 전지모듈 온도를 기준으로 복수의 냉방모드로 구분되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지중열 및 태양열을 이용한 하이브리드 열교환 시스템의 제어방법은 건물의 실내온도가 기설정된 난방모드기준온도 미만이면 상기 태양광 전지모듈(10), 지열 열교환 루프(20), 축열조(40)에 각각 저장된 열교환매체 중 건물의 실내온도보다 높은 것만 건물로 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어하는 난방모드수행단계(S100); 건물의 실내온도가 기설정된 난방모드기준온도 초과 내지 냉방모드기준온도 미만이면 열교환매체가 상기 태양광 전지모듈(10), 지열 열교환 루프(20), 히트펌프(30), 축열조(40) 사이에서만 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어하는 축열모드수행단계(S200); 및 건물의 실내온도가 기설정된 냉방모드기준온도 초과면 상기 태양광 전지모듈(10), 지열 열교환 루프(20), 축열조(40)에 각각 저장된 열교환매체 중 건물의 실내온도보다 낮은 열교환매체만 건물로 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어하는 냉방모드수행단계(S300);를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 축열모드수행단계(S200)에서는 상기 태양광 전지모듈(10)에서 발전된 전력이 저장되는 전원배터리(80)에서 이송된 전원을 축열조(40) 내부에 설치된 전기히터에 공급하여 열교환매체의 열을 축열한다.
또한, 상기 난방모드수행단계(S100)는 건물의 실내온도가 기설정된 난방모드기준온도 미만이면 상기 축열조(40)에 저장된 열교환매체의 온도를 확인하는 난방모드제1온도확인단계(S110), 상기 난방모드제1온도확인단계(S110)에서 확인된 축열조(40)에 저장된 열교환매체의 온도가 기설정된 난방모드D기준온도 초과면 열교환매체가 상기 축열조(40)와 건물 사이에서 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어하는 난방모드A단계(S120), 상기 난방모드제1온도확인단계(S110)에서 확인된 축열조(40)에 저장된 열교환매체의 온도가 기설정된 난방모드D기준온도 미만이면 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도를 확인하는 난방모드제2온도확인단계(S130), 상기 난방모드제2온도확인단계(S130)에서 확인된 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도가 기설정된 난방모드C기준온도 이상이면 열교환매체가 상기 태양광 전지모듈(10)과 건물 사이에서 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어하는 난방모드B단계(S140), 상기 난방모드제2온도확인단계(S130)에서 확인된 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도가 기설정된 난방모드C기준온도 미만이면 상기 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체 온도와 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도를 확인하는 난방모드제3온도확인단계(S150), 상기 난방모드제3온도확인단계(S150)에서 확인된 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체의 온도가 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도보다 높으면 열교환매체가 상기 지열 열교환 루프(20), 히트펌프(30), 건물 사이에서 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어하는 난방모드C단계(S160), 상기 난방모드제3온도확인단계(S150)에서 확인된 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체의 온도가 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도보다 낮으면 열교환매체가 상기 태양광 전지모듈(10), 히프펌프, 건물 사이에서 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어하는 난방모드D단계(S170)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 축열모드수행단계(S200)는 건물의 실내온도가 기설정된 난방모드기준온도 초과 내지 냉방모드기준온도 미만이면 상기 축열조(40)에 저장된 열교환매체의 온도를 확인하는 축열모드제1온도확인단계(S210), 상기 축열모드제1온도확인단계(S210)에서 확인된 축열조(40)에 저장된 열교환매체의 온도가 기설정된 시스템오프제1기준온도 미만이면 상기 지열 열교환 루프(20)와 태양광 전지모듈(10)에 각각 저장된 열교환매체의 온도를 확인하는 축열모드제2온도확인단계(S220), 상기 축열모드제2온도확인단계(S220)에서 확인된 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체의 온도가 기설정된 시스템오프제2기준온도 초과이면서 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도가 시스템오프제2기준온도 미만이면 상기 순환펌프(60)의 작동을 중단하는 시스템오프단계(S230), 상기 축열모드제1온도확인단계(S210)에서 확인된 축열조(40)에 저장된 열교환매체의 온도가 기설정된 시스템오프제1기준온도 이상이면 상기 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체의 온도와 태양열 집열 패널에 저장된 열교환매체의 온도를 확인하는 축열모드제3온도확인단계(S240), 상기 축열모드제3온도확인단계(S240)에서 확인된 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체의 온도가 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도보다 높으면 열교환매체가 상기 축열조(40), 히트펌프(30), 지열 열교환루프(20) 사이에서 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어하는 축열모드A단계(S250), 상기 축열모드제3온도확인단계(S240)에서 확인된 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체의 온도가 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도보다 낮으면 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도와 상기 축열조(40)에 저장된 열교환매체의 온도를 확인하는 축열모드제4온도확인단계(S260), 상기 축열모드제4온도확인단계(S260)에서 확인된 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도보다 축열조(40)에 저장된 열교환매체의 온도가 낮으면 열교환매체가 상기 축열조(40)와 태양광 전지모듈(10) 사이에서 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어하는 축열모드B단계(S270), 상기 축열모드제4온도확인단계(S260)에서 확인된 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도보다 축열조(40)에 저장된 열교환매체의 온도가 높으면 열교환매체가 상기 태양광 전지모듈(10), 히트펌프(30), 축열조(40) 사이에서 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어하는 축열모드C단계(S280)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 축열모드수행단계(S200)는 상기 축열모드제2온도확인단계(S220)와 시스템오프단계(S230) 사이에, 상기 축열모드제2온도확인단계(S220)에서 확인된 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체의 온도가 기설정된 시스템오프제2기준온도 미만이면서 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도가 시스템오프제2기준온도 초과이면 열교환매체가 태양광 전지모듈(10)과 지열 열교환 루프(20) 사이에서 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어하는 지반축열모드단계(S290)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉방모드수행단계(S300)는 건물의 실내온도가 기설정된 냉방모드기준온도 초과면실내온도와 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도를 확인하는 냉방모드제1온도확인단계(S310), 상기 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체의 온도보다 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체가 높으면 열교환매체가 상기 태양광 전지모듈(10), 히트펌프(30), 건물 사이에서만 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어하는 냉방모드A단계(S320), 상기 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체의 온도보다 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체가 낮으면 열교환매체가 상기 지열 열교환 루프(20), 히트펌프(30), 건물 사이에서만 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어하는 냉방모드B단계(S330)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 지중열 및 태양열을 이용한 하이브리드 열교환 시스템 및 그 제어방법은 건물의 냉방 및 난방이 필요한 전환시점에 건물의 냉방 및 난방상태 전환이 원활하게 이루어질 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명에 따른 지중열 및 태양열을 이용한 하이브리드 열교환 시스템및 그 제어방법은 지중열 및 태양열을 이용한 하이브리드 열교환 시스템의 제어방법은 건물의 냉방, 난방, 축열 상태 별로 태양광 전지모듈, 지열 열교환 루프, 히트펌프, 축열조, 건물 사이의 열교환매체의 흐름을 다양하게 하여 열교환매체의 열손실을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 지중열 및 태양열을 이용한 하이브리드 열교환 시스템의 개념도
도 2는 본 발명의 지중열 및 태양열을 이용한 하이브리드 열교환 시스템의 제어방법을 나타낸 순서도
도 3은 본 발명의 난방모드수행단계에서 난방모드A단계의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도
도 4은 본 발명의 난방모드수행단계에서 난방모드B단계의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도
도 5는 본 발명의 난방모드수행단계에서 난방모드C단계의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도
도 6은 본 발명의 난방모드수행단계에서 난방모드D단계의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도
도 7은 본 발명의 축열모드수행단계에서 축열모드A단계의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도
도 8은 본 발명의 축열모드수행단계에서 축열모드B단계의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도
도 9는 본 발명의 축열모드수행단계에서 축열모드C단계의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도
도 10은 본 발명의 축열모드수행단계에서 난방열 지중회수모드의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도
도 11은 본 발명의 냉방모드수행단계에서 냉방모드A단계의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도
도 12는 본 발명의 냉방모드수행단계에서 냉방모드B단계의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도
도 2는 본 발명의 지중열 및 태양열을 이용한 하이브리드 열교환 시스템의 제어방법을 나타낸 순서도
도 3은 본 발명의 난방모드수행단계에서 난방모드A단계의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도
도 4은 본 발명의 난방모드수행단계에서 난방모드B단계의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도
도 5는 본 발명의 난방모드수행단계에서 난방모드C단계의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도
도 6은 본 발명의 난방모드수행단계에서 난방모드D단계의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도
도 7은 본 발명의 축열모드수행단계에서 축열모드A단계의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도
도 8은 본 발명의 축열모드수행단계에서 축열모드B단계의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도
도 9는 본 발명의 축열모드수행단계에서 축열모드C단계의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도
도 10은 본 발명의 축열모드수행단계에서 난방열 지중회수모드의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도
도 11은 본 발명의 냉방모드수행단계에서 냉방모드A단계의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도
도 12는 본 발명의 냉방모드수행단계에서 냉방모드B단계의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 지중열 및 태양열을 이용한 하이브리드 열교환 시스템의 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 지중열 및 태양열을 이용한 하이브리드 열교환 시스템은 태양광 전지모듈(10), 지열 열교환 루프(20), 히트펌프(30), 축열조(40), 다수의 배관(50), 다수의 순환펌프(60) 및 다수의 온도센서(70)를 포함한다.
상기 태양광 전지모듈(10)은 태양광을 집열 및 발전을 하는 구성으로, 상면에 집열판 및 발전판이 설치되며, 하면에는 냉각수가 순환되는 냉각파이프가 설치될 수 있다. 또한, 상기 태양광 전지모듈(10)은 상기 태양광 전지모듈(10)에서 발전된 전력이 저장되는 전원배터리(80)가 연결될 수 있다.
상기 지열 열교환 루프(20)는 지상에 매설되어 지상의 기온이 일년 내내 일정한 온도 범위인 것을 이용하여, 여름철에는 상기 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체를 상기 냉각파이프로 순환시켜 냉각시키고 겨울철에는 상기 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체를 상기 건물로 순환시킬수 있다.
상기 히트펌프(30)는 상기 태양광 전지모듈(10), 지열 열교환 루프(20), 축열조(40)에 각각 저장된 열교환매체를 서로 열교환되게 하는 역할을 한다.
상기 축열조(40)는 상기 태양광 전지모듈(10), 지열 열교환 루프(20)에 각각 저장된 열교환매체의 열을 축열하는 역할을 한다. 이때, 상기 축열조(40)는 내부에 전기히터가 설치되며, 상기 전기히터에는 상기 전원배터리에서 이송된 전원이 공급된다. 또한, 상기 축열조(40)에는 내부에 저장된 온수 및 냉수를 외부로 배출할 수 있는 취수밸브가 더 설치될 수 있다.(전원 공급 흐름은 도 1에 점선으로 표시)
상기 배관(50)은 상기 태양광 전지모듈(10), 지열 열교환 루프(20), 히트펌프(30), 축열조(40), 건물을 서로 연결하며 열교환매체가 유통된다.
이 때, 상기 열교환매체는 물 또는 대기중의 공기일 수 있다. 또한, 상기 배관(50)은 일체형 라인 구조로 형성될 수 있다. 즉, 하나로 이어진 관인 것이다.
상기 다수의 순환펌프(60)는 상기 다수의 배관(50)에서 상기 태양광 전지모듈(10), 지열 열교환 루프(20), 히트펌프(30), 축열조(40), 건물 사이에 각각 설치되어 열교환매체의 유통경로를 제어한다.
상기 다수의 온도센서(70)는 상기 태양광 전지모듈(10), 지열 열교환 루프(20), 히트펌프(30), 축열조(40)에 각각 저장된 열교환매체의 온도와 건물의 실내온도를 각각 측정한다.
도 2는 본 발명의 지중열 및 태양열을 이용한 하이브리드 열교환 시스템의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 지중열 및 태양열을 이용한 하이브리드 열교환 시스템의 제어방법은 난방모드수행단계(S100), 축열모드수행단계(S200), 냉방모드수행단계(S300)를 포함한다.
상기 난방모드수행단계(S100)는 건물의 실내온도가 기설정된 난방모드기준온도 미만이면 상기 태양광 전지모듈(10), 지열 열교환 루프(20), 축열조(40)에 각각 저장된 열교환매체 중 건물의 실내온도보다 높은 것만 건물로 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어한다.
상기 축열모드수행단계(S200)는 건물의 실내온도가 기설정된 난방모드기준온도 초과 내지 냉방모드기준온도 미만이면 열교환매체가 상기 태양광 전지모듈(10), 지열 열교환 루프(20), 히트펌프(30), 축열조(40) 사이에서만 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어한다.
상기 냉방모드수행단계(S300)는 건물의 실내온도가 기설정된 냉방모드기준온도 초과면 상기 태양광 전지모듈(10), 지열 열교환 루프(20), 축열조(40)에 각각 저장된 열교환매체 중 건물의 실내온도보다 낮은 열교환매체만 건물로 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어한다.
이때, 상기 지중열 및 태양열을 이용한 하이브리드 열교환 시스템의 제어방법은 상기 난방모드기준온도가 20도이며, 냉방모드기준온도가 26도로 이루어질 수 있다.
도 3은 본 발명의 난방모드수행단계에서 난방모드A단계의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도, 도 4는 본 발명의 난방모드수행단계에서 난방모드B단계의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도, 도 5는 본 발명의 난방모드수행단계에서 난방모드C단계의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도, 도 6은 본 발명의 난방모드수행단계에서 난방모드D단계의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도이다.
상기 난방모드수행단계는 난방모드제1온도확인단계, 난방모드A단계, 난방모드제2온도확인단계(S130), 난방모드B단계(S140), 난방모드제3온도확인단계(S150), 난방모드C단계(S160), 난방모드D단계(S170)를 포함할 수 있다.
상기 난방모드제1온도확인단계(S110)는 건물의 실내온도가 기설정된 난방모드기준온도 미만이면 상기 축열조(40)에 저장된 열교환매체의 온도를 확인한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 난방모드A단계(S120)는 상기 난방모드제1온도확인단계(S110)에서 확인된 축열조(40)에 저장된 열교환매체의 온도가 기설정된 난방모드D기준온도 초과면 열교환매체가 상기 축열조(40)와 건물 사이에서 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어한다.
상기 난방모드제2온도확인단계(S130)는 상기 난방모드제1온도확인단계(S110)에서 확인된 축열조(40)에 저장된 열교환매체의 온도가 기설정된 난방모드D기준온도 미만이면 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도를 확인한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 난방모드B단계(S140)는 상기 난방모드제2온도확인단계(S130)에서 확인된 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도가 기설정된 난방모드C기준온도 이상이면 열교환매체가 상기 태양광 전지모듈(10)과 건물 사이에서 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어한다.
상기 난방모드제3온도확인단계(S150)는 상기 난방모드제2온도확인단계(S130)에서 확인된 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도가 기설정된 난방모드C기준온도 미만이면 상기 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체 온도와 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도를 확인한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 난방모드C단계(S160)는 상기 난방모드제3온도확인단계(S150)에서 확인된 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체의 온도가 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도보다 높으면 열교환매체가 상기 지열 열교환 루프(20), 히트펌프(30), 건물 사이에서 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 난방모드D단계(S170)는 상기 난방모드제3온도확인단계(S150)에서 확인된 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체의 온도가 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도보다 낮으면 열교환매체가 상기 태양광 전지모듈(10), 히프펌프, 건물 사이에서 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어한다.
즉, 상기 난방모드수행단계(S100)는 상기 태양광 전지모듈(10), 지열 열교환 루프(20), 히트펌프(30), 축열조(40), 건물에 각각 저장된 열교환매체의 온도를 기준으로 열교환매체의 흐름을 상기 난방모드 D, C, B, A 단계에서 서로 다르게 하여 열교환매체의 열손실을 최소화할 수 있다.
한편, 상기 난방모드수행단계(S100)는 상기 난방모드D기준온도가 35도이고 난방모드C기준온도가 25도로 이루어질 수 있다.
도 7은 본 발명의 축열모드수행단계(S200)에서 축열모드A단계(S250)의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도, 도 8은 본 발명의 축열모드수행단계(S200)에서 축열모드B단계(S270)의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도, 도 9는 본 발명의 축열모드수행단계(S200)에서 축열모드C단계(S280)의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도, 도 10은 본 발명의 축열모드수행단계(S200)에서 난방열 지중회수모드의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도이다.
상기 축열모드수행단계(S200)는 축열모드제1온도확인단계(S210), 축열모드제2온도확인단계(S220), 시스템오프단계(S230), 축열모드제3온도확인단계(S240), 축열모드A단계(S250), 축열모드제4온도확인단계(S260), 축열모드B단계(S270), 축열모드C단계(S280)를 포함할 수 있다.
상기 축열모드제1온도확인단계(S210)는 건물의 실내온도가 기설정된 난방모드기준온도 초과 내지 냉방모드기준온도 미만이면 상기 축열조(40)에 저장된 열교환매체의 온도를 확인한다.
상기 축열모드제2온도확인단계(S220)는 상기 축열모드제1온도확인단계(S210)에서 확인된 축열조(40)에 저장된 열교환매체의 온도가 기설정된 시스템오프제1기준온도 이상이면 상기 지열 열교환 루프(20)와 태양광 전지모듈(10)에 각각 저장된 열교환매체의 온도를 확인한다.
상기 시스템오프단계(S230)는 상기 축열모드제2온도확인단계(S220)에서 확인된 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체의 온도가 기설정된 시스템오프제2기준온도 초과이면서 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도가 시스템오프제2기준온도 미만이면 상기 순환펌프(60)의 작동을 중단한다.
상기 축열모드제3온도확인단계(S240)는 상기 축열모드제1온도확인단계(S210)에서 확인된 축열조(40)에 저장된 열교환매체의 온도가 기설정된 시스템오프제1기준온도 이상이면 상기 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체의 온도와 태양열 집열 패널에 저장된 열교환매체의 온도를 확인한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 축열모드A단계(S250)는 상기 축열모드제3온도확인단계(S240)에서 확인된 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체의 온도가 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도보다 높으면 열교환매체가 상기 축열조(40), 히트펌프(30), 지열 열교환루프(20) 사이에서 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어한다.
상기 축열모드제4온도확인단계(S260)는 상기 축열모드제3온도확인단계(S240)에서 확인된 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체의 온도가 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도보다 낮으면 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도와 상기 축열조(40)에 저장된 열교환매체의 온도를 확인한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 축열모드B단계(S270)는 상기 축열모드제4온도확인단계(S260)에서 확인된 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도보다 축열조(40)에 저장된 열교환매체의 온도가 높으면 열교환매체가 상기 축열조(40)와 태양광 전지모듈(10) 사이에서 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 축열모드C단계(S280)는 상기 축열모드제4온도확인단계(S260)에서 확인된 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도보다 축열조(40)에 저장된 열교환매체의 온도가 낮으면 열교환매체가 상기 태양광 전지모듈(10), 히트펌프(30), 축열조(40) 사이에서 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어한다.
이때, 상기 축열모드단계는 상기 시스템오프제1기준온도가 35도이고 시스템오프제2기준온도는 5도로 이루어질 수 있다.
즉, 상기 축열모드수행단계(S200)는 상기 태양광 전지모듈(10), 지열 열교환 루프(20), 히트펌프(30), 축열조(40), 건물에 각각 저장된 열교환매체의 온도를 기준으로 열교환매체의 흐름을 상기 축열모드 C, B, A 단계에서 서로 다르게 하여 열교환매체의 열손실을 최소화할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 축열모드단계는 상기 축열모드제2온도확인단계(S220)와 시스템오프단계(S230) 사이에, 상기 축열모드제2온도확인단계(S220)에서 확인된 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체의 온도가 기설정된 시스템오프제2기준온도 미만이면서 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도가 시스템오프제2기준온도 초과이면 열교환매체가 태양광 전지모듈(10)과 지열 열교환 루프(20) 사이에서 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어하는 지반축열모드단계(S290)를 더 포함할 수 있다.
상기 지반축열모드(S290)는 지반의 열을 태양광 전지모듈(10)로 제공하여, 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체가 냉각되는 것을 방지하는 역할을 한다.
도 11은 본 발명의 냉방모드수행단계(S300)에서 냉방모드A단계의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도, 도 12는 본 발명의 냉방모드수행단계(S300)에서 냉방모드B단계의 열교환매체의 흐름을 나타낸 흐름도이다.
상기 냉방모드수행단계(S300)는 냉방모드제1온도확인단계(S310), 냉방모드A단계(S320), 냉방모드B단계(S330)를 포함할 수 있다.
상기 냉방모드제1온도확인단계(S310)는 건물의 실내온도가 기설정된 냉방모드기준온도 초과면 상기 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체의 온도와 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도를 확인한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 상기 냉방모드A단계(S320)는 상기 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체의 온도보다 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체가 높으면 열교환매체가 상기 태양광 전지모듈(10), 히트펌프(30), 건물 사이에서만 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 상기 냉방모드B단계(S330)는 상기 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체의 온도보다 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체가 낮으면 열교환매체가 상기 지열 열교환 루프(20), 히트펌프(30), 건물 사이에서만 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어한다.
즉, 상기 냉방모드수행단계(S300)는 상기 태양광 전지모듈(10), 지열 열교환 루프(20), 히트펌프(30), 축열조(40), 건물에 각각 저장된 열교환매체의 온도를 기준으로 열교환매체의 흐름을 상기 냉방모드 B, A 단계에서 서로 다르게 하여 열교환매체의 열손실을 최소화할 수 있다.
한편, 상기 지중열 및 태양열을 이용한 하이브리드 열교환 시스템의 상기 태양광 전지모듈(10), 지열 열교환 루프(20), 히트펌프(30), 축열조(40)의 외면을 제1보온부재로 둘러싼 후, 다시 상기 제1보온부재의 외면을 상변화물질로 둘러싼 후, 다시 상기 상변화물질의 외면을 제2보온부재로 둘러싸는 보온강화단계(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1보온부재는 열반사단열재로 구성되고, 상기 제2보온부재는 진공단열재로 구성될 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10 : 태양광 전지모듈
20 : 지열 열교환 루프
30 : 히트펌프
40 : 축열조
50 : 배관
60 : 순환펌프
70 : 온도센서
20 : 지열 열교환 루프
30 : 히트펌프
40 : 축열조
50 : 배관
60 : 순환펌프
70 : 온도센서
Claims (8)
- 삭제
- 삭제
- 태양광 발전 및 태양열 집열을 수행하는 태양광 전지모듈(10);
지열을 이용하여 냉방 또는 난방을 수행하는 지열 열교환 루프(20);
상기 태양광 전지모듈(10) 및 지열 열교환 루프(20)의 열교환을 수행하는 히트펌프(30);
상기 태양광 전지모듈(10), 지열 열교환 루프(20) 및 히트펌프(30)에서 전달된 열이 축열되는 축열조(40);
상기 태양광 전지모듈(10), 지열 열교환 루프(20), 히트펌프(30), 축열조(40), 건물을 서로 연결하며 열교환매체가 유통되는 배관(50);
상기 다수의 배관(50)에서 상기 태양광 전지모듈(10), 지열 열교환 루프(20), 히트펌프(30), 축열조(40), 건물 사이에 각각 설치되어 열교환매체의 유통경로를 제어하는 다수의 순환펌프(60);
상기 태양광 전지모듈(10), 지열 열교환 루프(20), 히트펌프(30), 축열조(40)에 각각 저장된 열교환매체의 온도와 건물의 실내온도를 각각 측정하는 다수의 온도센서(70); 및
상기 태양광 전지모듈(10)은 상기 태양광 전지모듈(10)에서 발전된 전력이 저장되는 전원배터리(80)를 포함하는 지중열 및 태양열을 이용한 하이브리드 열교환 시스템의 제어 방법에 관한 것으로,
상기 지중열 및 태양열을 이용한 하이브리드 열교환 시스템의 제어방법은 시스템이 ON 된 후, 측정된 실내온도에 따라 난방모드, 축열모드 또는 냉방모드가 결정되며,
실내온도가 기설정된 난방온도 미만인 경우에는 난방모드가 작동되되, 상기 난방모드는 측정된 축열조온도, 태양광 전지모듈 온도 또는 지열온도를 기준으로 복수의 난방모드로 구분되며,
실내온도가 기설정된 난방온도를 초과하고, 기설정된 냉방온도 미만인 경우에는 축열모드가 작동되되, 상기 축열모드는 측정된 축열조 온도, 태양광 전지모듈 온도, 지열온도 중 어느 하나 이상을 기준으로 복수의 축열모드로 구분되며,
실내온도가 기설정된 냉방온도를 초과하는 경우에는 냉방모드가 작동되되, 상기 냉방모드는 일시 작동되고, 측정된 실내온도와 태양광 전지모듈 온도를 기준으로 복수의 냉방모드로 구분되어,
건물의 실내온도가 기설정된 난방모드기준온도 미만이면 상기 태양광 전지모듈(10), 지열 열교환 루프(20), 축열조(40)에 각각 저장된 열교환매체 중 건물의 실내온도보다 높은 것만 건물로 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어하는 난방모드수행단계(S100);
건물의 실내온도가 기설정된 난방모드기준온도 초과 내지 냉방모드기준온도 미만이면 열교환매체가 상기 태양광 전지모듈(10), 지열 열교환 루프(20), 히트펌프(30), 축열조(40) 사이에서만 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어하는 축열모드수행단계(S200); 및
건물의 실내온도가 기설정된 냉방모드기준온도 초과면 상기 태양광 전지모듈(10), 지열 열교환 루프(20), 축열조(40)에 각각 저장된 열교환매체 중 건물의 실내온도보다 낮은 열교환매체만 건물로 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어하는 냉방모드수행단계(S300);를 포함하여 수행되며,
상기 축열모드수행단계(S200)에서는 상기 태양광 전지모듈(10)에서 발전된 전력이 저장되는 전원배터리(80)에서 이송된 전원을 축열조(40) 내부에 설치된 전기히터에 공급하여 열교환매체의 열을 축열하며,
상기 냉방모드수행단계(S300)는,
건물의 실내온도가 기설정된 냉방모드기준온도 초과인 경우에 상기 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체의 온도와 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도를 확인하는 냉방모드제1온도확인단계(S310)를 수행하고,
상기 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체의 온도보다 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체가 높으면 열교환매체가 상기 태양광 전지모듈(10), 히트펌프(30), 건물 사이에서만 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어하는 냉방모드A단계(S320)를 수행하고,
상기 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체의 온도보다 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체가 낮으면 열교환매체가 상기 지열 열교환 루프(20), 히트펌프(30), 건물 사이에서만 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어하는 냉방모드B단계(S330)를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 지중열 및 태양열을 이용한 하이브리드 열교환 시스템의 제어방법.
- 삭제
- 제3항에 있어서, 상기 난방모드수행단계(S100)는
건물의 실내온도가 기설정된 난방모드기준온도 미만이면 상기 축열조(40)에 저장된 열교환매체의 온도를 확인하는 난방모드제1온도확인단계(S110),
상기 난방모드제1온도확인단계(S110)에서 확인된 축열조(40)에 저장된 열교환매체의 온도가 기설정된 난방모드D기준온도 초과면 열교환매체가 상기 축열조(40)와 건물 사이에서 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어하는 난방모드A단계(S120),
상기 난방모드제1온도확인단계(S110)에서 확인된 축열조(40)에 저장된 열교환매체의 온도가 기설정된 난방모드D기준온도 미만이면 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도를 확인하는 난방모드제2온도확인단계(S130),
상기 난방모드제2온도확인단계(S130)에서 확인된 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도가 기설정된 난방모드C기준온도 이상이면 열교환매체가 상기 태양광 전지모듈(10)과 건물 사이에서 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어하는 난방모드B단계(S140),
상기 난방모드제2온도확인단계(S130)에서 확인된 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도가 기설정된 난방모드C기준온도 미만이면 상기 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체 온도와 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도를 확인하는 난방모드제3온도확인단계(S150),
상기 난방모드제3온도확인단계(S150)에서 확인된 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체의 온도가 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도보다 높으면 열교환매체가 상기 지열 열교환 루프(20), 히트펌프(30), 건물 사이에서 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어하는 난방모드C단계(S160),
상기 난방모드제3온도확인단계(S150)에서 확인된 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체의 온도가 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도보다 낮으면 열교환매체가 상기 태양광 전지모듈(10), 히프펌프, 건물 사이에서 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어하는 난방모드D단계(S170)를 포함하는 것을 특징으로 하는 지중열 및 태양열을 이용한 하이브리드 열교환 시스템의 제어방법.
- 제3항에 있어서, 상기 축열모드수행단계(S200)는
건물의 실내온도가 기설정된 난방모드기준온도 초과 내지 냉방모드기준온도 미만이면 상기 축열조(40)에 저장된 열교환매체의 온도를 확인하는 축열모드제1온도확인단계(S210),
상기 축열모드제1온도확인단계(S210)에서 확인된 축열조(40)에 저장된 열교환매체의 온도가 기설정된 시스템오프제1기준온도 이상이면 상기 지열 열교환 루프(20)와 태양광 전지모듈(10)에 각각 저장된 열교환매체의 온도를 확인하는 축열모드제2온도확인단계(S220),
상기 축열모드제2온도확인단계(S220)에서 확인된 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체의 온도가 기설정된 시스템오프제2기준온도 초과이면서 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도가 시스템오프제2기준온도 미만이면 상기 순환펌프(60)의 작동을 중단하는 시스템오프단계(S230),
상기 축열모드제1온도확인단계(S210)에서 확인된 축열조(40)에 저장된 열교환매체의 온도가 기설정된 시스템오프제1기준온도 미만이면 상기 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체의 온도와 태양열 집열 패널에 저장된 열교환매체의 온도를 확인하는 축열모드제3온도확인단계(S240),
상기 축열모드제3온도확인단계(S240)에서 확인된 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체의 온도가 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도보다 높으면 열교환매체가 상기 축열조(40), 히트펌프(30), 지열 열교환루프(20) 사이에서 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어하는 축열모드A단계(S250),
상기 축열모드제3온도확인단계(S240)에서 확인된 지열 열교환 루프(20)에 저장된 열교환매체의 온도가 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도보다 낮으면 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도와 상기 축열조(40)에 저장된 열교환매체의 온도를 확인하는 축열모드제4온도확인단계(S260),
상기 축열모드제4온도확인단계(S260)에서 확인된 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도보다 축열조(40)에 저장된 열교환매체의 온도가 낮으면 열교환매체가 상기 축열조(40)와 태양광 전지모듈(10) 사이에서 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어하는 축열모드B단계(S270),
상기 축열모드제4온도확인단계(S260)에서 확인된 상기 태양광 전지모듈(10)에 저장된 열교환매체의 온도보다 축열조(40)에 저장된 열교환매체의 온도가 낮으면 열교환매체가 상기 태양광 전지모듈(10), 히트펌프(30), 축열조(40) 사이에서 순환되도록 상기 순환펌프(60)를 제어하는 축열모드C단계(S280)를 포함하는 것을 특징으로 하는 지중열 및 태양열을 이용한 하이브리드 열교환 시스템의 제어방법.
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Families Citing this family (8)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |