KR101932915B1 - 지중 열교환기를 포함하는 히트 펌프 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템 및 그 제어 방법에 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 축열 탱크로부터 공급받은 열교환 유체가 저장되는 공조용 히트 펌프; 상기 공조용 히트 펌프에 저장되는 열교환 유체와 열교환되는 냉매가 유동되는 공조 시스템; 상기 지중 열교환기와 축열 탱크 사이에서 열교환 유체를 순환시키는 제1펌프; 및 상기 축열 탱크와 공조용 히트 펌프 사이에서 열교환 유체를 순환시키는 제2펌프; 를 포함하고, 상기 공조용 히트 펌프와 공조 시스템 사이에서의 열교환 유체와 냉매 사이의 열교환이 이루어지지 않는 공조 무부하시에는, 상기 지중 열교환기와 축열 탱크 사이에서 열교환 유체를 순환시키기 위하여 상기 제1펌프가 동작하고, 상기 공조용 히트 펌프와 공조 시스템 사이에서의 열교환 유체와 냉매 사이의 열교환이 이루어지지는 공조 부하시에는, 상기 축열 탱크와 공조용 히트 펌프 사이에서 열교환 유체를 순환시키기 위하여 상기 제2펌프가 동작하는 지중 열교환기를 포함한다.

Description

지중 열교환기를 포함하는 히트 펌프 시스템 및 그 제어 방법{REGENERATIVE HEAT PUMP SYSTEM COMPRISING GEOTHERMAL EXCHANGER AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 지중 열교환기를 포함하는 히트 펌프 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
지중 열교환기란, 지중에 매립되어 그 내부를 유동하는 지하수와 같은 열교환 유체와 지중 사이의 열교환이 이루어지는 것이다. 선행기술문헌에는, 종래 기술에 의한 히트 펌프 시스템이 개시되어 있다. 선행기술문헌을 참조하면, 종래에는, 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도와 공조 시스템을 순환하는 냉매의 온도차에 따라서 제1펌프(500)의 동작에 의하여 축열 탱크(200)와 열교환기(300) 사이에서 열교환이 이루어지거나 제2펌프(600)의 동작에 의하여 지중 열교환기(100)와 열교환기(300) 사이에서 열교환이 이루어진다. 다시 말하면, 종래에는, 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체만으로 공조 시스템을 순환하는 냉매의 냉각이나 가열이 가능한 경우에는, 축열 탱크(200)와 열교환기(300) 사이에서만 열교환 유체가 순환함으로써, 상대적으로 에너지가 다량 소모되는 지중 열교환기(100)와 축열 탱크(200) 사이에서의 열교환 유체의 순환을 위한 제2펌프(600)의 동작 횟수 및 시간을 감소시키게 된다.
그러나 공조 부하가 증가되는 혹서기의 경우에는, 냉방에 소요되는 에너지가 급격하게 증가되므로, 지중 열교환기와 축열 탱크 사이에서의 빈번한 열교환 유체의 순환이 이루어짐으로써, 에너지 절감의 효과가 감소되는 단점이 발생된다. 특히, 공조 부하가 최대가 되는 주간의 경우에는, 상대적으로 지중의 온도도 증가되므로, 필요한 에너지를 확보하기 위해서는, 지중 열교환기와 축열 탱크 사이의 열교환 유체의 순환 횟수 및 시간이 더 증가되어야 하는 단점이 발생한다.
대한민국 등록특허공보 제1519340호(발명의 명칭: 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템)
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술에 의한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 보다 경제적으로 공조 시스템을 가동시킬 수 있도록 구성되는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템 및 그 제어 방법을 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 축열 탱크로부터 공급받은 열교환 유체가 저장되는 공조용 히트 펌프; 상기 공조용 히트 펌프에 저장되는 열교환 유체와 열교환되는 냉매가 유동되는 공조 시스템; 상기 지중 열교환기와 축열 탱크 사이에서 열교환 유체를 순환시키는 제1펌프; 및 상기 축열 탱크와 공조용 히트 펌프 사이에서 열교환 유체를 순환시키는 제2펌프; 를 포함하고, 상기 축열 탱크의 내부에는, 상기 축열 탱크의 내부에는, 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체와 접촉되고, 온도에 따라서 흡열 및 발열하면서 액체와 고체 사이에서 상변화하는 상변화 물질이 구비되며, 상기 공조용 히트 펌프와 공조 시스템 사이에서의 열교환 유체와 냉매 사이의 열교환이 이루어지지 않는 공조 무부하시에는, 상기 지중 열교환기와 축열 탱크 사이에서 열교환 유체를 순환시키기 위하여 상기 제1펌프가 동작하고, 상기 공조용 히트 펌프와 공조 시스템 사이에서의 열교환 유체와 냉매 사이의 열교환이 이루어지지는 공조 부하시에는, 상기 축열 탱크와 공조용 히트 펌프 사이에서 열교환 유체를 순환시키기 위하여 상기 제2펌프가 동작하는 지중 열교환기를 포함한다.
본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 일 양태에서, 공조 무부하시에는, 상기 지중 열교환기와 축열 탱크 사이에서 열교환 유체를 순환시키기 위하여 상기 상변화 물질의 발열 및 흡열이 반복적으로 이루어지도록 상기 제1펌프가 기설정된 시간 간격으로 동작과 정지를 반복한다.
본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 일 양태에서, 공조 무부하시에는, 상기 지중 열교환기와 축열 탱크 사이의 열교환 유체의 순환에 의하여 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체의 온도가 상기 상변화 물질이 발열하는 온도 이하로 설정되는 제1온도에 도달할 때까지, 상기 제1펌프가 동작한 후 정지하고, 상기 축열 탱크의 내부에서의 상기 상변화 물질의 발열에 의한 온도의 증가에 의하여 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체의 온도가 상기 상변화 물질이 발열하는 온도 이상으로 설정되는 제2온도에 도달하면, 상기 제1펌프가 재동작한다.
본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 일 양태에서, 공조 부하시에는, 상기 제1펌프가 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체의 온도에 따라서 상기 제2펌프와 교호되게 동작하는 지중 열교환기를 포함한다.
본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 일 양태에서, 공조 부하시에는, 상기 축열 탱크와 공조용 히트 펌프 사이에서 열교환 유체를 순환시키기 위하여 상기 제2펌프가 동작하고, 상기 축열 탱크와 공조용 히트 펌프 사이에서의 열교환 유체의 순환에 의하여 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체의 온도가 기설정된 제3온도에 도달하면, 상기 제2펌프가 정지한 후 상기 지중 열교환기와 축열 탱크 사이에서 열교환 유체를 순환시키기 위하여 상기 제1펌프가 동작하며, 상기 지중 열교환기와 축열 탱크 사이에서의 열교환 유체의 순환에 의하여 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체의 온도가 상기 제3온도 미만으로 기설정된 제4온도에 도달하면, 상기 제1펌프가 정지한 후 상기 축열 탱크와 공조용 히트 펌프 사이에서 열교환 유체를 순환시키기 위하여 상기 제2펌프가 재동작한다.
본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 제어 방법의 일 양태는, 제 1 항의 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 제어 방법에 있어서: 제1펌프가, 공조 무부하시 지중 열교환기와 축열 탱크 사이에서 열교환 유체를 순환시키기 위하여 동작하는 공조 무부하 동작 단계; 및 제2펌프가, 공조 부하시 축열 탱크와 공조용 히트 펌프 사이에서 열교환 유체를 순환시키기 위하여 동작하는 공조 부하 동작 단계; 를 포함한다.
본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 제어 방법의 일 양태에서, 상기 축열 탱크의 내부에는, 상기 축열 탱크의 내부에는, 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체와 접촉되고, 온도에 따라서 흡열 및 발열하면서 액체와 고체 사이에서 상변화하는 상변화 물질이 구비되고, 상기 공조 무부하 동작 단계에서, 상기 제1펌프가, 상기 지중 열교환기와 축열 탱크 사이에서 열교환 유체를 순환시키기 위하여 상기 상변화 물질의 발열 및 흡열이 반복적으로 이루어지도록 기설정된 시간 간격으로 동작과 정지를 반복한다.
본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 제어 방법의 일 양태에서, 상기 축열 탱크의 내부에는, 상기 축열 탱크의 내부에는, 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체와 접촉되고, 온도에 따라서 흡열 및 발열하면서 액체와 고체 사이에서 상변화하는 상변화 물질이 구비되고, 상기 공조 무부하 동작 단계에서, 상기 제1펌프가, 상기 지중 열교환기와 축열 탱크 사이의 열교환 유체의 순환에 의하여 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체의 온도가 상기 상변화 물질이 발열하는 온도 이하로 설정되는 제1온도에 도달할 때까지, 동작한 후 정지하고, 상기 축열 탱크의 내부에서의 상기 상변화 물질의 발열에 의한 온도의 증가에 의하여 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체의 온도가 상기 상변화 물질이 흡열하는 온도 이상으로 설정되는 제2온도에 도달하면, 재동작한다.
본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 제어 방법의 일 양태에서, 상기 공조 부하 동작 단계에서, 상기 제1펌프는, 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체의 온도에 따라서 상기 제2펌프와 교호되게 동작한다.
본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 제어 방법의 일 양태에서, 상기 공조 부하 동작 단계는, 상기 제2펌프가, 상기 축열 탱크와 공조용 히트 펌프 사이에서 열교환 유체를 순환시키기 위하여 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체의 온도가 기설정된 제3온도에 도달할 때까지 동작하는 단계; 상기 제1펌프가, 상기 지중 열교환기와 축열 탱크 사이에서 열교환 유체를 순환시키기 위하여 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체의 온도가 상기 제3온도 미만으로 기설정된 제4온도에 도달할 때까지 동작하는 단계; 및 상기 제2펌프가, 상기 축열 탱크와 공조용 히트 펌프 사이에서 열교환 유체를 순환시키기 위하여 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체의 온도가 기설정된 제3온도에 도달할 때까지 재동작하는 단계; 를 포함한다.
본 발명의 실시예에 의한 축열식 히트 펌프 시스템에서는, 공조 부하가 발생되지 않거나 공조 부하가 상대적으로 낮은 야간에 지중 열교환기와 축열 탱크 사이에서 에너지의 교환이 이루어진 상태에서, 공조 부하가 발생되거나 공조 부하가 증가되면, 축열 탱크와 공조용 히트 펌프 사이에서 공조 부하에 따른 에너지의 교환이 이루어진다. 따라서 본 발명의 실시예에 의하면, 공조 부하가 발생하거나 증가하더라도 상대적으로 다량의 에너지가 소요되는 지중 열교환기와 축열 탱크 사이에서의 에너지의 교환이 최소화되고, 특히, 공조 부하가 발생하거나 증가되기 전에 상대적으로 지중 열교환기와 축열 탱크 사이에서 다량의 에너지의 교환이 가능한 야간에 양자 사이의 에너지의 교환이 이루어짐으로써, 보다 경제적으로 공조 시스템을 가동할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템을 보인 구성도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템에서 유체의 흐름을 보인 유체 흐름도.
이하에서는 본 발명의 실시예에 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 시스템을 보인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템은, 지중 열교환기(100), 축열 탱크(200), 공조용 히트 펌프(300), 공조 시스템(400), 제1펌프(500), 제2펌프(600) 및 온도 센서(700)를 포함한다. 상기 공조용 히트 펌프(300)와 공조 시스템(400) 사에서의 열교환 유체와 냉매 사이의 열교환 여부에 따라서 상기 지중 열교환기(100), 축열 탱크(200) 및 공조용 히트 펌프(300) 사이에서의 열교환 유체의 순환이 이루어진다.
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. 본 실시예에서는, 상기 축열 탱크(200)의 내부에 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체와 접촉하는 상변화 물질(210)이 구비된다. 상기 상변화 물질(210)은, 기설정된 제1온도 이하에서는 발열하여 고체 상태가 되고, 상기 제1온도 미만으로 기설정된 제2온도 이상에서는 흡열하여 액체 상태가 된다. 예를 들면, 상기 제1 및 제2온도는, 각각 15℃ 및 25℃로 설정될 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것으로, 상기 제1 및 제2온도가 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 공조용 히트 펌프(300)는, 상기 지중 열교환기(100) 또는 축열 탱크(200)로부터 열교환 유체를 공급받는다. 상기 공조용 히트 펌프(300)에 저장된 열교환 유체는, 상기 공조 시스템(400)을 순환하는 냉매와 열교환된다.
상기 공조 시스템(400)은, 건축물의 내부 공간에 대한 냉방과 난방과 같은 공조를 위한 것으로, 일반적으로, 냉방사이클을 구성하는 실내 열교환기 또는/및 실외 열교환기로 이해될 수 있다. 상기 공조 시스템(400)은, 건축물의 내부나 건물의 옥상 등에 설치될 수 있다. 이하에서는, 상기 공조용 히트 펌프(300)와 공조 시스템(400) 사이에서의 열교환 유체와 냉매 사이의 열교환이 이루어지지 않는 경우를 '공조 무부하시', 반대로 상기 공조용 히트 펌프(300)와 공조 시스템(400) 사이에서의 열교환 유체와 냉매 사이의 열교환이 이루어지지는 경우를 '공조 부하시'라 칭한다. 하계의 경우에는, 냉방이 불필요하거나 상대적으로 냉방량이 적은 야간이 '공조 무부하시'가 될 것이고, 냉방이 필요하거나 상대적으로 냉방량이 큰 주간이 '공조 부하시'가 될 것이다.
그리고 상기 제1펌프(500)는, 상기 지중 열교환기(100)와 축열 탱크(200) 사이에서 열교환 유체를 순환시킨다. 또한 상기 제2펌프(600)는, 상기 축열 탱크(200)와 공조용 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체를 순환시킨다.
보다 상세하게는, 공조 무부하시, 상기 지중 열교환기(100)와 축열 탱크(200) 사이에서 열교환 유체를 순환시키기 위하여 상기 상변화 물질(210)의 발열 및 흡열이 반복적으로 이루어지도록 상기 제1펌프(500)가 기설정된 시간 간격으로 동작과 정지를 반복할 수 있다. 다시 말하면, 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체는, 공조 부하시 상기 공조용 히트 펌프(300)와의 열교환 유체의 순환에 의하여, 상기 지중 열교환기(100) 내의 열교환 유체에 비하여 상대적으로 온도가 높은 상태이다. 따라서 상기 제1펌프(500)의 동작에 의하여 상기 지중 열교환기(100)와 축열 탱크(200) 사이에서 열교환 유체가 순환하면, 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도가 감소할 것이다. 또한 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도가 감소하여 상기 제1온도에 도달하면, 상기 상변화 물질(210)이 액체 상태에서 고체 상태로 상변화하면서 발열함으로써, 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도가 증가한다. 따라서 상기 제1펌프(500)는, 이와 같은 상기 상변화 물질(210)의 상변화에 따른 흡열/발열을 고려하여 상기 제1펌프(500)가 동작과 정지를 반복하도록 제어함으로써, 상기 축열 탱크(200), 실질적으로 상기 상변화 물질(210)로부터 상기 지중 열교환기(100)로 열이 전달되도록 할 수 있다. 이는, 실질적으로 상기 지중 열교환기(100)와 축열 탱크(200) 사이에서 열교환 유체가 순환하는 시간과 상기 상변화 물질(210)의 흡열 또는 발열이 이루어지는 시간 사이의 차이를 고려한 것이다. 다시 말하면, 본 실시예에서는, 상기 상변화 물질(210)의 발열에 의하여 상기 축열 탱크(200)의 열교환 유체의 온도가 충분하게 증가한 후 상기 지중 열교환기(100)와 축열 탱크(200) 사이에서 열교환 유체를 순환시킴으로써, 보다 경제적으로 상기 제1펌프(500)가 동작하게 된다. 따라서 상기 제1펌프(500)가 동작하는 시간은, 예를 들면, 상기 상변화 물질(210)의 발열/흡열 온도, 상기 지중 열교환기(100) 또는/및 축열 탱크(200)의 용적 등에 따라서 가변될 수 있을 것이다.
다른 예로는, 공조 무부하시, 상기 축열 탱크(200)의 온도에 따라서 상기 제1펌프(500)가 동작할 수 있다. 다시 말하면, 상기 지중 열교환기(100)와 축열 탱크(200) 사이의 열교환 유체의 순환에 의하여 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도가 상기 상변화 물질(210)이 발열하는 온도 이하로 설정되는 제1온도에 도달할 때까지, 상기 제1펌프(500)가 동작한 후 정지할 수 있다. 그리고 상기 축열 탱크(200)의 내부에서의 상기 상변화 물질(210)의 발열에 의한 온도의 증가에 의하여 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도가 상기 제2온도에 도달하면, 상기 제1펌프(500)가 재동작할 수 있다.
또한 본 실시예에서는, 공조 부하시, 상기 제1 및 제2펌프(500)(600)가 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도에 따라서 서로 교호되게 동작한다. 보다 상세하게는, 상기 제2펌프(600)가, 상기 축열 탱크(200)와 공조용 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체를 순환시키기 위하여 동작한다. 그런데 공조 부하시에는, 상기 공조용 히트 펌프(300)와 공조 시스템(400) 사이에서의 열교환 유체와 냉매의 열교환에 의하여 상기 공조용 히트 펌프(300)에 저장된 열교환 유체의 온도가 증가된다. 따라서 상기 제2펌프(600)가 동작하면, 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도가 증가된다. 그리고 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도가 기설정된 제3온도에 도달하면, 상기 제2펌프(600)가 정지하고, 상기 제1펌프(500)가 동작한다. 따라서 상기 지중 열교환기(100)와 축열 탱크(200) 사이에서 열교환 유체의 순환이 이루어진다. 그런데 상기 지중 열교환기(100) 내의 열교환 유체는, 상대적으로 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체에 비하여 온도가 낮은 상태이므로, 상기 지중 열교환기(100)와 축열 탱크(200) 사이의 열교환 유체의 순환에 의하여 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도가 낮아진다. 그리고 상기 지중 열교환기(100)와 축열 탱크(200) 사이에서의 열교환 유체의 순환에 의하여 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도가 상기 제3온도 미만으로 기설정된 제4온도에 도달하면, 상기 제1펌프(500)가 정지한다. 다음으로, 상기 제1펌프(500)가 정지하면, 상기 제2펌프(600)가 재동작하여 상기 축열 탱크(200)와 공조용 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체가 순환된다. 여기서 상기 제3온도는, 상기 제2온도 초과로 설정될 수 있다. 그리고 상기 제4온도는, 상기 제2온도 이상으로 설정될 수 있다. 따라서 실질적으로 상기 제2펌프(600)가 동작하면, 상기 상변화 물질(210)의 흡열에 의하여 상기 공조 시스템(400)의 공조 부하에 의한 열이 상기 공조용 히트 펌프(300)에서 상기 축열 탱크(200)로 전달될 것이다.
미설명 도면 부호 510 및 600은, 보조 펌프와 온도 센서이다. 상기 보조 펌프(510)는, 상기 제1펌프(500)에 병렬 연결되어 상기 제1펌프(500)의 고장시 상기 지중 열교환기(100)와 축열 탱크(200) 사이에서 열교환 유체를 순환시킬 수 있다. 그리고 상기 온도 센서(600)는, 상기 축열 탱크(200)의 내부 온도, 실질적으로 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도를 감지한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 작용을 첨부된 도면을 첨부하여 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, 공조 무부하시에는, 제1펌프(500)가 동작하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 지중 열교환기(100)와 축열 탱크(200) 사이에서 열교환 유체가 순환된다. 상술한 바와 같이, 공조 무부하시에는, 상기 제1펌프(500)가, 기설정된 시간 간격으로 동작과 정지를 반복하거나, 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도에 따라서 동작/정지할 수 있다.
다음으로, 공조 부하시에는, 제2펌프(600)가 동작하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 공조 부하시 축열 탱크(200)와 공조용 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체가 순환된다. 이때 상기 제2펌프(600)는, 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도가 기설정된 제3온도에 도달할 때까지 동작할 수 있다. 그리고 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도가 상기 제3온도에 도달하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1펌프(500)가 동작하여, 상기 지중 열교환기(100)와 축열 탱크(200) 사이에서 열교환 유체가 순환될 수 있다. 이때 상기 제1펌프(500)는, 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도가 제4온도에 도달할 때까지 동작할 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.
100: 지중 열교환기 200: 축열 탱크
210: 상변화 물질 300: 공조용 히트 펌프
400: 공조 시스템 500: 제1펌프
600: 제2펌프 700: 온도 센서

Claims (10)

  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 축열 탱크(200)로부터 공급받은 열교환 유체가 저장되는 공조용 히트 펌프(300);
    상기 공조용 히트 펌프(300)에 저장되는 열교환 유체와 열교환되는 냉매가 유동되는 공조 시스템(400);
    상기 지중 열교환기(100)와 축열 탱크(200) 사이에서 열교환 유체를 순환시키는 제1펌프(500); 및
    상기 축열 탱크(200)와 공조용 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체를 순환시키는 제2펌프(600); 를 포함하고,
    상기 축열 탱크(200)의 내부에는, 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체와 접촉되고, 온도에 따라서 흡열 및 발열하면서 액체와 고체 사이에서 상변화하는 상변화 물질(210)이 구비되며,
    상기 공조용 히트 펌프(300)와 공조 시스템(400) 사이에서의 열교환 유체와 냉매 사이의 열교환이 이루어지지 않는 공조 무부하시에는, 상기 지중 열교환기(100)와 축열 탱크(200) 사이에서의 열교환 유체의 순환이 이루어지도록 상기 제1펌프(500)가 동작되고,
    상기 공조용 히트 펌프(300)와 공조 시스템(400) 사이에서의 열교환 유체와 냉매 사이의 열교환이 이루어지지는 공조 부하시에는, 상기 축열 탱크(200)의 온도에 따라서 상기 지중 열교환기(100)와 축열 탱크(200) 사이에서의 열교환 유체의 순환 및 상기 축열 탱크(200)와 공조용 히트 펌프(300) 사이에서의 열교환 유체의 순환이 선택적으로 이루어지도록 상기 제1 및 제2펌프(500)(600)가 교호되게 동작하는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    공조 무부하시에는,
    상기 지중 열교환기(100)와 축열 탱크(200) 사이에서 열교환 유체를 순환시키기 위하여 상기 상변화 물질(210)의 발열 및 흡열이 반복적으로 이루어지도록 상기 제1펌프(500)가 기설정된 시간 간격으로 동작과 정지를 반복하는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    공조 무부하시에는,
    상기 지중 열교환기(100)와 축열 탱크(200) 사이의 열교환 유체의 순환에 의하여 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도가 상기 상변화 물질(210)이 발열하는 온도 이하로 설정되는 제1온도에 도달할 때까지, 상기 제1펌프(500)가 동작한 후 정지하고,
    상기 축열 탱크(200)의 내부에서의 상기 상변화 물질(210)의 발열에 의한 온도의 증가에 의하여 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도가 상기 상변화 물질(210)이 흡열하는 온도 이상으로 설정되는 제2온도에 도달하면, 상기 제1펌프(500)가 재동작하는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    공조 부하시에는,
    상기 축열 탱크(200)와 공조용 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체를 순환시키기 위하여 상기 제2펌프(600)가 동작하고,
    상기 축열 탱크(200)와 공조용 히트 펌프(300) 사이에서의 열교환 유체의 순환에 의하여 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도가 기설정된 제3온도에 도달하면, 상기 제2펌프(600)가 정지한 후 상기 지중 열교환기(100)와 축열 탱크(200) 사이에서 열교환 유체를 순환시키기 위하여 상기 제1펌프(500)가 동작하며,
    상기 지중 열교환기(100)와 축열 탱크(200) 사이에서의 열교환 유체의 순환에 의하여 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도가 상기 제3온도 미만으로 기설정된 제4온도에 도달하면, 상기 제1펌프(500)가 정지한 후 상기 축열 탱크(200)와 공조용 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체를 순환시키기 위하여 상기 제2펌프(600)가 재동작하는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템.
  6. 제 1 항의 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 제어 방법에 있어서:
    제1펌프(500)가, 공조 무부하시 지중 열교환기(100)와 축열 탱크(200) 사이에서 열교환 유체를 순환시키기 위하여 동작하는 공조 무부하 동작 단계; 및
    제2펌프(600)가, 공조 부하시 축열 탱크(200)와 공조용 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체를 순환시키기 위하여 동작하는 공조 부하 동작 단계; 를 포함하고,
    상기 공조 부하 동작 단계에서,
    상기 제1펌프(500)가 상기 축열 탱크(200)의 온도에 따라서 상기 지중 열교환기(100)와 축열 탱크(200) 사이에서 열교환 유체를 순환시키기 위하여 상기 제2펌프(600)와 교호되게 동작하는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 축열 탱크(200)의 내부에는, 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체와 접촉되고, 온도에 따라서 흡열 및 발열하면서 액체와 고체 사이에서 상변화하는 상변화 물질(210)이 구비되고,
    상기 공조 무부하 동작 단계에서,
    상기 제1펌프(500)가, 상기 지중 열교환기(100)와 축열 탱크(200) 사이에서 열교환 유체를 순환시키기 위하여 상기 상변화 물질(210)의 발열 및 흡열이 반복적으로 이루어지도록 기설정된 시간 간격으로 동작과 정지를 반복하는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 제어 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 축열 탱크(200)의 내부에는, 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체와 접촉되고, 온도에 따라서 흡열 및 발열하면서 액체와 고체 사이에서 상변화하는 상변화 물질(210)이 구비되고,
    상기 공조 무부하 동작 단계에서,
    상기 제1펌프(500)가, 상기 지중 열교환기(100)와 축열 탱크(200) 사이의 열교환 유체의 순환에 의하여 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도가 상기 상변화 물질(210)이 발열하는 온도 이하로 설정되는 제1온도에 도달할 때까지, 동작한 후 정지하고, 상기 축열 탱크(200)의 내부에서의 상기 상변화 물질(210)의 발열에 의한 온도의 증가에 의하여 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도가 상기 상변화 물질(210)이 흡열하는 온도 이상으로 설정되는 제2온도에 도달하면, 재동작하는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템 제어 방법.
  9. 삭제
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 공조 부하 동작 단계는,
    상기 제2펌프(600)가, 상기 축열 탱크(200)와 공조용 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체를 순환시키기 위하여 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도가 기설정된 제3온도에 도달할 때까지 동작하는 단계;
    상기 제1펌프(500)가, 상기 지중 열교환기(100)와 축열 탱크(200) 사이에서 열교환 유체를 순환시키기 위하여 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도가 제3온도 미만으로 기설정된 제4온도에 도달할 때까지 동작하는 단계; 및
    상기 제2펌프(600)가, 상기 축열 탱크(200)와 공조용 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체를 순환시키기 위하여 상기 축열 탱크(200)에 저장된 열교환 유체의 온도가 기설정된 제3온도에 도달할 때까지 재동작하는 단계; 를 포함하는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 제어 방법.
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