KR101903295B1 - 내진 냉난방 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지진 발생시에 피해를 최소화할 수 잇는 내진 냉난방 시스템에 관한 것으로, 진동을 억제하는 진동 방지부(800)가 일체로 결합된 히트펌프(300)를 포함하고, 상기 진동방지부(800)는, 상기 히트펌프의 하부에 'ㄷ' 형태이고, 하부면에 관통공이 형성된 브라켓(810); 상기 브라켓의 바닥면에 고정되는 하부플레이트(820); 상기 하부플레이트 상에 부착되는 고무재질의 탄성플레이트(830); 및 상기 탄성플레이트 상에 부착되고 상기 브라켓의 상부면에 고정되는 상부플레이트(840);를 포함하고, 앵커볼트(850)가 상기 관통공을 관통하여 상기 지면에 고정되는 것을 특징으로 한다.

Description

내진 냉난방 시스템{EARTHQUAKE-PROOF HEATING AND COOLING SYSTEM}
본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지열과 태양열 열원을 동시에 이용하여 효율을 극대화하고, 동시에 진동 발생시 시스템을 보호할 수 있는 내진 냉난방 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 사용되고 있는 가정 및 산업용 에너지원은 석유나 천연가스와 같은 화석연료 또는 핵연료 등이 주류를 이루고 있다. 이러한 에너지원은 연소과정에서 발생하는 각종 공해물질로 인하여 수질 및 토양을 포함하는 환경을 오염시킬 뿐만 아니라, 매장량의 한계가 있기 때문에 대체에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다.
이러한 대체 에너지 중에서도 녹색 에너지로 각광받고 있고, 무한한 에너지원을 갖는 풍력, 태양열, 지열 등에 관한 연구가 지속되고 있으며, 이러한 에너지원은 공기오염과 기후변화에 거의 영향을 미치지 않으면서 에너지를 얻을 수 있는 장점이 있는 반면 에너지 밀도가 대단히 낮은 단점이 있다.
특히, 풍력과 태양열을 이용하여 에너지를 얻기 위해서는 설치장소의 한계와 함께 넓은 면적이 확보되어야 하며, 이 장치들은 단위 장치당 에너지 생산용량이 적고 또한 설치 및 유지관리에 많은 비용이 소요되고 있다.
그런데 대체 에너지의 일원인 지열은 지중의 일정한 범위에 분포되는 지열을 이용하여 냉난방을 제공하는 공기조화장치에 적용되기도 하는데, 지열을 이용하여 가정을 비롯한 건물 등의 냉난방 기술에 적용하는 경우, 기존 냉난방장치에 비하여 최대 40% 이상의 에너지를 절감할 수 있으며, 40~70%의 에너지 발생비용을 절감할 수 있는 것으로 알려져 있다.
이러한 지열을 이용한 열교환 장치는 지하에 일정 깊이로 매설된 지중 열교환기를 통하여 연중 약 10~20℃로 유지되는 지열을 이용하여 하절기에는 지중으로 열매체의 열을 방출하고, 동절기에는 지중으로부터 열매체가 열을 흡수하여 연내 안정적인 냉난방 운전이 가능하다.
그러나 종래 사용되고 있는 지열을 이용한 열교환 장치는 장시간 연속 운전 시 필요한 열량을 지열로부터 지속적으로 공급받지 못하는 경우가 발생하고 있다.
또한 열매체의 열교환 방향 또는 유속이 일정하여 지열과 지중 열교환기 사이에서 쉽게 스트레스가 발생하는 문제가 있고, 이러한 스트레스로 인해 지중 열교환기의 열교환 효율이 떨어지는 문제가 있으며, 히트펌프로 유입되는 열매체의 온도가 높아지는 경우, 히트펌프의 수명이 단축되는 문제점이 있다.
또한, 이런 지열을 이용한 열교환 장치는 내진설계가 적용되지 않는 부분이 많기 때문에 지진 발생시 쉽게 파손될 수 있고, 이로 인해 냉매의 누수가 발생할 경우 열효율이 떨어지는 문제점이 있다.
삭제
대한민국등록특허 제10-1775024호, 지열, 태양열 및 폐열 에너지 융합 시스템, 공고일 : 2017년09월04
본 발명은 에너지 효율을 개선하고 지진 발생시에도 냉난방 시스템을 보호할 수 있는 내진 냉난방 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 냉난방 시스템은, 태양열을 집열하는 태양열 집열기(100); 지면으로부터 소정 깊이로 매설되어 지열을 흡수하거나 지중으로 열을 방출하는 지중 열교환기(200); 상기 태양열 집열기 및 지중 열교환기와 연결되어, 이들로부터 제공되는 열과 내부의 냉매와 열교환이 이루어지고, 진동을 억제하는 진동 방지부(800)가 일체로 결합된 히트펌프(300); 상기 히트펌프의 폐열, 태양열 집열기에서 집열된 태양열 및 지중 열교환기에서 집열된 지열을 저장하는 제1 축열조(400); 상기 히트펌프에서 제공되는 냉난방 열기, 상기 태양열 집열기에서 제공되는 태양열, 및 상기 수요처에서 회수되는 열기를 저장하는 제2 축열조(500); 상기 수요처의 필요 에너지 수량에 따라 저부하 모드, 중부하 모드, 고부하 모드를 결정하고, 상기 수요처의 에너지 수요량에 따라 상기 히트펌프에서 생산된 온수, 상기 제1 축열조, 및 제2 축열조에 저장된 온수를 상기 수요처로 공급하는 제어부(700)를 포함하고,
상기 진동방지부(800)는, 상기 히트펌프의 하부에 'ㄷ' 형태이고, 하부면에 관통공이 형성된 브라켓(810); 상기 브라켓의 바닥면에 고정되는 하부플레이트(820); 상기 하부플레이트 상에 부착되는 고무재질의 탄성플레이트(830); 및 상기 탄성플레이트 상에 부착되고 상기 브라켓의 상부면에 고정되는 상부플레이트(840);를 포함하고,
앵커볼트(850)가 상기 관통공을 관통하여 상기 지면에 고정되는 것을 특징으로 한다.
상기 냉난방 시스템에서, 상기 제어부는,
저부하 모드시, 상기 제1 축열조에 저장된 온수를 상기 수요처로 직접 공급하도록 제어하고, 중부하 모드시, 상기 제1 축열조에 저장된 온수를 상기 히트 펌프로 제공하여 제1 축열조에 저장된 온수의 온도를 높여 상기 수요처로 제공하도록 제어하고, 고부하 모드시, 상기 제1 축열조에 저장된 온수와 상기 제2 축열조에 저장된 온수를 각각 상기 히트 펌프로 제공하여 제1 축열조 및 제2 축열조에 저장된 온수의 온도를 높여 상기 수요처로 제공하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 냉난방 시스템에서, 상기 진동방지부(800)는, 상기 하부플레이트(820)의 가장자리에는 한쌍의 하부돌기(822)가 형성되어 있고, 상기 상부플레이트(840)의 가장자리에는 상기 하부돌기보다 넓게 배치된 한쌍의 상부돌기(842)가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 냉난방 시스템에서, 상기 상부돌기(842)는 “ㄴ” 형상으로 형성되고, 상기 하부돌기(822)가 내측면에 들어갈 수 있도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 냉난방 시스템에서, 상기 히터펌프의 진동을 감지하는 진동 감지부; 및 상기 진동 감지부로부터 감지신호를 수신하고, 수신된 신호가 미리 설정된 데이터 범위를 벗어나는 경우에는 냉난방 시스템의 전원을 차단하는 전원차단부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 수요처의 필요 에너지 량에 따라 운전모드를 제어함으로써 불필요한 에너지 소모를 줄이고 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 지진과 같은 진동에 의해 히트펌프가 파손되는 것을 방지할 수 있다. 히트펌프에 작은 손상이 발생하는 경우 에너지 누수가 발생할 수 있으므로 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉난방 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉난방 시스템의 블록도이다.
도 3은 도 2에서 히트펌프와 진동방지부를 나타낸 것이다.
도 4은 진동방지부의 단면도를 나타낸 것이다.
도 5는 진동방지의 사시도를 나타낸 것이다.
본 실시 예들은 다른 형태로 변형되거나 여러 실시 예가 서로 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 각각의 실시 예로 한정되는 것은 아니다.
특정 실시 예에서 설명된 사항이 다른 실시 예에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 실시 예에서 그 사항과 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 실시 예에 관련된 설명으로 이해될 수 있다.
예를 들어, 특정 실시 예에서 구성 A에 대한 특징을 설명하고 다른 실시 예에서 구성 B에 대한 특징을 설명하였다면, 구성 A와 구성 B가 결합된 실시 예가 명시적으로 기재되지 않더라도 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 살펴보도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 내진 냉난방 시스템을 간략히 나타낸 것이고, 도 2는 도 1의 블록도를 나타낸 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 내진 냉난방 시스템은 태양열 집열기(100), 지중 열교환기(200), 제1 축열조(300), 히트펌프(400), 제2 축열조(500), 센서(600), 수요처(700), 및 제어부(800)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 히트펌프(400)의 하부에는 진동방지부(900)가 형성될 수 있다.
상기 태양열 집열기(100)는 태양열 집열판을 포함하여, 태양열을 집열한다. 구체적으로 살펴보면, 태양 에너지를 집열하는 집열판, 상기 집열관에 내부에 일체로 부착되어 집열판으로부터 집열된 태양에너지의 열이 내부에 전달하는 동파이프, 상기 동파이프의 열을 외부로 전달하는 전달부 및 단열을 위한 단열재를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 지중 열교환기(200)는 열교환기를 포함하며, 지중에 매설되어 지중의 지열을 집열할 수 있다. 지중 열교환기(200)는 지중 150~200m 이상의 깊이로 다수의 시추공을 굴착하고, 각 시추공의 내부에 매립된다.
상기 제1 축열조(300)는 상기 지중 열교환기(200)에서 유입된 지열수 또는 태양열 집열기(100)에서 열교환된 온수를 저장할 수 있다. 그리고 상기 히트펌프(400)에서 열교환된 지열수도 저장할 수 있다.
상기 히트펌프(400)는 증발기(410), 응축기(420), 팽창밸브(430), 압축기(440)를 포함하며, 태양열 집열기(100), 지중 열교환기(200), 및 제1 축열조(300)로부터 공급되는 온수를 가열시켜 수요처에 대해 냉난방을 공급할 수 있다. 상기 히트펌프(400)는 냉방 운전시에는 냉매를 연속적으로 압축, 응축, 팽상시켜 실내기로 하여금 실내에서 열매체의 증발을 통해 실내를 냉방한다. 그리고 난방시에는 냉방 사이클의 역사이클로 냉매를 흐르게 하여 실내기로 하여금 열매체의 응축을 통해 실내를 난방한다.
상기 증발기(410)와 응축기(420)는 냉방 동작이냐 난방 동작이냐에 따라 서로 역할이 바뀔수 있다. 즉, 증발기(410)가 난방시에는 증발기로 동작하지만 냉방시에는 응축기로 동작할 수 있다.
상기 제2 축열조(500)는 상기 히트펌프(400)에서 제공되는 냉난방 열기 및 상기 태양열 집열부(100)에서 집열된 태양열을 저장하고, 수요처(600)와 연결된다. 그리고 수요처(600)에서 회수되는 폐열을 저장할 수도 있다.
상기 수요처(600)에는 실내기가 배치되어 있으며, 상기 히트펌프 및 제2 축열조로부터 열원을 공급받아 실내가 냉방 또는 난방된다. 도면에서는 수요처가 제2 축열조(500)와만 연결된 것처럼 도시되어 있지만, 수요처(600)는 히트펌프(400)와도 연결될 수 있다.
상기 제어부(700)는 상기 수요처(600)의 필요 에너지 수량에 따라 상기 제1 축열조(300), 히터펌프(400), 및 제2 축열조(500)를 제어하여 수요처에 필요한 에너지를 공급한다.
상기 제어부는 수요처의 필요 에너지량의 따라 저부하 모드, 중부하 모드, 고부하 모드를 구분하여 시스템을 제어할 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 상기 제어부(700)는, 저부하 모드시에는 상기 제1 축열조(300)에 저장된 온수를 상기 수요처로 직접 공급하도록 제어하고, 중부하 모드시에는 상기 제1 축열조(300)에 저장된 온수를 상기 히트 펌프(400)로 제공하여 제1 축열조(300)에 저장된 온수의 온도를 높여 상기 수요처로 제공하도록 제어하고, 고부하 모드시에는 상기 제1 축열조(300)에 저장된 온수와 상기 제2 축열조(500)에 저장된 온수를 각각 상기 히트 펌프(400)로 제공하여 제1 축열조 및 제2 축열조에 저장된 온수의 온도를 높여 상기 수요처로 제공하도록 제어한다.
상기와 같이 모드에 따라 구분하여 히트펌프를 동작시킴으로써 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고 상기 히트펌프(400)의 하부에는 진동방지부(800)가 부착될 수 있다.
최근 국내에서도 지진이 자주 발생하지만, 이에 대한 대비가 미비한 실정이다. 진동방지부(800)를 설치함으로써 지진이 발생하더라도 충격을 완화하여 히트펌프가 고장나거나 누수로 인해 열손실이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 3, 도 4, 및 도 5는 진동방지부(800)를 상세히 나타낸 것이다.
상기 진동방지부(800)는 상기 히트펌프의 하부에 고정되어 히트펌프를 지지하는 브라켓(810), 상기 브라켓의 바닥면에 고정되는 하부플레이트(820), 상기 하부플레이트 상에 부착되는 고무재질의 탄성플레이트(830), 및 상기 탄성플레이트 상에 부착되고 상기 브라켓의 상부면에 고정되는 상부플레이트(840)를 포함한다.
상기 브라켓(810)은 일측면이 오픈된 'ㄷ' 형태이고, 하부면에 관통공이 형성되어 있고, 앵커볼트(850)가 상기 관통공을 관통하여 지면에 고정될 수 있다.
이때 상기 탄성플레이트(830)는 상부플레이트(840)에 접촉되어 고정되고 하부플레이트(820)와는 소정 간격으로 이격되어 있다. 탄성플레이트(830)가 지면 및 하부플레이트와 밀착되어 있지 않고 약간 이격되어 있음으로 인해 진동시 충격을 보다 더 잘 흡수할 수 있다.
그리고 상기 탄성플레이트(830)의 상부 및 하부에는 다수의 나사공을 형성하고, 상부플레이트와 하부플레이트에도 상기 나사공에 대응하는 나사공을 형성하여, 상기 탄성플레이트를 고정할 수 있다. 도면번호 825는 나사공에 삽입되는 나사를 나타낸 것이다.
한편, 상기 하부플레이트(820)와 상부플레이트(840)의 측면에는 좌우 진동을 방지하기 위한 돌기가 형성되어 있다. 즉, 하부플레이트(820)에는 제1 하부돌기(822a) 및 제2 하부돌기(822b)로 구성된 한쌍의 하부돌기(822)가 형성되어 있고, 상부플레이트(840)에는 제1 상부돌기(842a) 및 제2 상부돌기(842b)로 구성된 한쌍의 상부 돌기(842)가 형성되어 있다. 상기 상부돌기(842)는 하부돌기(822)의 수직 상부에 형성되고, 하부돌기(822)의 간격보다 조금 넓게 형성된다. 따라서 좌우 진동시 하부플레이트(820)와 상부플레이트(840)가 서로 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 이탈 방지효과를 극대화하기 위해 상기 상부돌기(842)는 측벽이 형성된 “ㄴ”모양의 형태일 수 있다. 즉, 상기 상부돌기는 탄성플레이트(830)에 부착되는 제1 측벽(843)과 탄성플레이트의 수직 방향으로 돌출된 제2 측벽(844)으로 구성되고, 상기 제1 측벽(843)과 제2 측벽(844)의 꺽어진 부분에 의해 하부돌기를 수용하는 수용공간이 형성된다. 이때 상부돌기(842)의 제2 측벽(844)이 바깥쪽으로 향하도록 배치된다. 한쌍의 상부돌기(842)에서 제2 측벽(844)이 바깥으로 향하도록 배치함으로서 두개의 측벽은 서로 마주보게 된다. 상부돌기(842)는 ”ㄴ” 형태이므로 하부돌기(822)를 수용할 수 있는 공간이 형성되고, 좌우 진동시 하부돌기(822)가 상부돌기(842)의 측벽(843)에 의해 일정 범위를 벗어나는 것을 방지할 수 있다.
그리고 상기 탄성플레이트(830)는 내부에는 다수의 금속 플레이트가 적층될 수 있다. 금속플레이트를 적층함으로써 탄성플레이트(830)의 전체 강도를 보강하고 내구성을 향상시킬 수 있다. 금속플레이트를 적층함으로써 고무 재질의 탄성플레이트가 찢어지는 것을 방지할 수 있다.
그리고 도시하지는 않았지만, 상기 히트펌프는 진동감지부 및 전원차단부를 더 포함할 수 있다.
상기 진동감지부는 히트펌프의 진동을 감지한다.
상기 전원감지부는 상기 진동감지부가 감지한 진동신호의 세기를 수신하고, 수신된 진동신호가 기 설정된 진동 세기보다 큰 경우 히트펌프의 전원을 차단한다.
전원을 차단함으로써 누전에 의한 사고를 미연에 방지할 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 태양열 집열기 200 : 지중 열교환기
300 : 제1 축열조 400 : 히트펌프
500 : 제2 축열조 600 : 수요처
700 : 제어부 800 : 진동방지부
810 : 브라켓 820 : 하부플레이트
830 : 탄성플레이트 840 : 상부플레이트
850 : 앵커 822 : 하부돌기
842 : 상부돌기

Claims (5)

  1. 태양열을 집열하는 태양열 집열기(100);
    지면으로부터 소정 깊이로 매설되어 지열을 흡수하거나 지중으로 열을 방출하는 지중 열교환기(200);
    상기 태양열 집열기 및 지중 열교환기와 연결되어, 이들로부터 제공되는 열과 내부의 냉매와 열교환이 이루어지고, 진동을 억제하는 진동 방지부(800)가 일체로 결합된 히트펌프(300);
    상기 히트펌프의 폐열, 태양열 집열기에서 집열된 태양열 및 지중 열교환기에서 집열된 지열을 저장하는 제1 축열조(400);
    상기 히트펌프에서 제공되는 냉난방 열기, 상기 태양열 집열기에서 제공되는 태양열, 및 수요처에서 회수되는 열기를 저장하는 제2 축열조(500);
    상기 수요처의 필요 에너지 수량에 따라 저부하 모드, 중부하 모드, 고부하 모드를 결정하고,
    상기 수요처의 에너지 수요량에 따라 상기 히트펌프에서 생산된 온수, 상기 제1 축열조, 및 제2 축열조에 저장된 온수를 상기 수요처로 공급하는 제어부(700);
    상기 히트펌프의 진동을 감지하는 진동 감지부; 및
    상기 진동 감지부로부터 감지신호를 수신하고, 수신된 신호가 미리 설정된 데이터 범위를 벗어나는 경우에는 냉난방 시스템의 전원을 차단하는 전원차단부를 포함하고,
    상기 진동방지부(800)는,
    상기 히트펌프의 하부에 'ㄷ' 형태이고, 하부면에 관통공이 형성된 브라켓(810);
    상기 브라켓의 바닥면에 고정되는 하부플레이트(820);
    상기 하부플레이트 상에 부착되는 고무재질의 탄성플레이트(830); 및
    상기 탄성플레이트 상에 부착되고 상기 브라켓의 상부면에 고정되는 상부플레이트(840);를 포함하고,
    앵커볼트(850)가 상기 관통공을 관통하여 상기 지면에 고정되고,
    상기 하부플레이트(820)의 가장자리에는 상기 상부플레이트 방향으로 돌출된 사각형상의 제1 하부돌기(822a) 및 상기 제1 하부돌기와 이격되어 배치되고 제1 하부돌기(822a)와 동일한 형상의 제2 하부돌기(822b)가 형성되어 있고,
    상기 상부플레이트(840)의 가장자리에는 “ㄴ” 형상으로 형성되어 상기 제1 하부돌기(822a)가 수용될 수 있는 수용공간이 형성된 제1 상부돌기(842a) 및 상기 제1 상부돌기와 이격되어 배치되고 상기 제1 상부돌기와 동일한 형상의 제2 상부돌기(842b)가 형성되고,
    상기 제1, 2 상부돌기의 배치간격은 상기 제1, 2 하부돌기의 배치간격보다 넓게 배치되고,
    상기 "ㄴ" 형상의 상부돌기는 상기 탄성플레이트(830)에 부착되는 제1측벽(843)과 탄성플레이트(830) 전방으로 돌출되는 제2측벽(844)으로 구성되고,
    상기 제1 상부플레이트의 제2 측벽과 제2 상부플레이트의 제2 측벽은 서로 마주보도록 배치되는 것을 특징으로 하는 냉난방 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    저부하 모드시, 상기 제1 축열조에 저장된 온수를 상기 수요처로 직접 공급하도록 제어하고,
    중부하 모드시, 상기 제1 축열조에 저장된 온수를 상기 히트 펌프로 제공하여 제1 축열조에 저장된 온수의 온도를 높여 상기 수요처로 제공하도록 제어하고,
    고부하 모드시, 상기 제1 축열조에 저장된 온수와 상기 제2 축열조에 저장된 온수를 각각 상기 히트 펌프로 제공하여 제1 축열조 및 제2 축열조에 저장된 온수의 온도를 높여 상기 수요처로 제공하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 냉난방 시스템.
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