KR102093777B1

KR102093777B1 - 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치

Info

Publication number: KR102093777B1
Application number: KR1020190111349A
Authority: KR
Inventors: 박종우; 신정수
Original assignee: 박종우
Priority date: 2019-09-09
Filing date: 2019-09-09
Publication date: 2020-05-26

Abstract

개시되는 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치가 지중열교환부재와, 지열히트펌프와, 지열저장탱크와, 우회삼방밸브와, 실내유닛을 포함함에 따라, 피크부하 시간대 냉방운전 시에 열원이 지중과 상기 지열저장탱크의 두 가지로 확장됨으로써, 상기 지열히트펌프의 효율(성적계수)이 상승하여, 에너지 절감이 가능해지고, 상기 지열히트펌프의 소비전력 하락에 따라 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치가 적용되는 건축물의 첨두부하 삭감이 가능해지고, 응축기로 기능하는 열원측 열교환기의 원활한 방열에 따라 냉방성능이 커져서, 상기 지열히트펌프의 장비용량의 축소가 가능해지고, 그에 따라 상기 지열히트펌프의 사용시간이 늘어나더라도 그 작동 효율의 저하가 최소화될 수 있게 되는 장점이 있다.

Description

냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치{Heat source extension type geothermal heat pump apparatus for handling peak load of air conditioning and heating}

본 발명은 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치에 관한 것이다.

지열히트펌프(geothermal heat pump)는 지중과 열교환되면서 수요처에 대해 냉난방을 공급해줄 수 있는 것으로, 일반적으로 압축기, 응축기, 팽창 밸브 및 증발기로 구성된다.

이러한 지열 히트 펌프의 예로 제시될 수 있는 것이 아래 제시된 특허문헌의 그 것이다.

위 특허문헌에서는, 하절기에는 지중의 온도가 대기중의 온도보다 낮음에 따라서 지중에 묻혀있는 지열 집열체가 응축기의 역할을 하여 실내공간의 온도를 저하시킬 수 있고, 반대로 동절기에는 지중의 온도가 대기중의 온도보다 높음에 따라서 지중에 묻혀있는 지열 집열체가 증발기의 역할을 하여 실내공간의 온도를 상승시킨다는 기재가 있는데, 이러한 기재의 작동 원리대로 작동되면서 수요처에 대해 냉난방을 공급하는 것이 종래의 일반적인 지열 히트 펌프인 것이다.

그러나, 이러한 종래의 지열히트펌프에 의하면, 지열히트펌프가 계절에 무관하게 초기 15℃ 정도의 온도를 유지하는 지중과 열교환되면서, 초기 작동 시에는 정상적인 작동 효율을 가지나, 상기 지열히트펌프의 연속적인 사용시간이 늘어날수록, 여름에는 지중이 25℃ 이상으로 상승하게 되고, 겨울에는 지중이 5℃ 이하로 냉각되어 버려서, 상기 지열히트펌프의 작동 효율(성능계수)이 크게 떨어지게 되는 문제가 있었다.

등록특허 제 10-0620907호, 등록일자: 2006.08.30., 발명의 명칭: 지열 집열체 및 이 지열 집열체를 이용한 히트펌프식냉난방장치

본 발명은 지열히트펌프의 사용시간이 늘어나더라도 그 작동 효율의 저하가 최소화될 수 있는 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치는 지중(地中)과 지열교환매체가 열교환되는 지중열교환부재; 상기 지중열교환부재를 경유하면서 상기 지중과 열교환된 상기 지열교환매체가 경유되면서, 냉매와 열교환되는 지열히트펌프; 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 유동되는 경로 상에 직렬로 연결되어, 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 향하던 상기 지열교환매체가 경유되면서 상기 지열교환매체에 함유되어 있던 지열 중 일부가 저장될 수 있는 지열저장탱크; 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 유동되던 중에 상기 지열저장탱크로 경유될지 여부를 조절할 수 있는 우회삼방밸브; 상기 지열히트펌프에서 상기 지열교환매체와 열교환된 상기 냉매의 열기 또는 냉기에 의해 수요처에 냉난방을 공급하는 실내유닛; 상기 지중열교환부재와 상기 지열히트펌프를 연결하여, 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 유동되도록 하는 열원측 공급배관; 및 상기 지열히트펌프와 상기 지중열교환부재를 연결하여, 상기 열원측 공급배관을 통해 유동되어 상기 지열히트펌프에서 상기 냉매와 열교환된 상기 지열교환매체가 상기 지열히트펌프로부터 상기 지중열교환부재로 유동되도록 하는 열원측 환수배관;을 포함하고,
상기 지열저장탱크가 상기 지중열교환부재의 출구 측인 상기 열원측 공급배관에만 연결되고, 상기 열원측 환수배관에는 미연결되고, 그에 따라 상기 지중과 상기 지열저장탱크라는 두 개의 열원이 직렬로 연결되어, 상기 지열교환매체가 상기 지중과 상기 지열저장탱크를 직렬로 경유하면서 두 번의 열교환을 하게 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치는 지중과 지열교환매체가 열교환되는 지중열교환부재; 상기 지중열교환부재를 경유하면서 상기 지중과 열교환된 상기 지열교환매체가 경유되면서, 냉매와 열교환되는 지열히트펌프; 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 유동되는 경로 상에 직렬로 연결되어, 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 향하던 상기 지열교환매체에 함유되어 있던 지열 중 일부가 저장될 수 있는 지열저장탱크; 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 유동되던 중에 상기 지열저장탱크 쪽으로 경유될지 여부를 조절할 수 있는 우회삼방밸브; 상기 우회삼방밸브와 상기 지열저장탱크 사이에 배치되는 지열저장열교환기; 상기 지열히트펌프에서 상기 지열교환매체와 열교환된 상기 냉매의 열기 또는 냉기에 의해 수요처에 냉난방을 공급하는 실내유닛; 상기 지중열교환부재와 상기 지열히트펌프를 연결하여, 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 유동되도록 하는 열원측 공급배관; 및 상기 지열히트펌프와 상기 지중열교환부재를 연결하여, 상기 열원측 공급배관을 통해 유동되어 상기 지열히트펌프에서 상기 냉매와 열교환된 상기 지열교환매체가 상기 지열히트펌프로부터 상기 지중열교환부재로 유동되도록 하는 열원측 환수배관;을 포함하고,
상기 지열저장탱크와 상기 지열저장열교환기 사이에서는 지열저장 순환매체가 순환되고, 상기 지열저장 순환매체가 상기 우회삼방밸브에 의해 상기 지열저장열교환기 쪽으로 유동된 상기 지열교환매체와 열교환되면서, 상기 지열저장탱크에 열기 또는 냉기가 저장되고,
상기 지열저장탱크가 상기 지중열교환부재의 출구 측인 상기 열원측 공급배관에만 연결되고, 상기 열원측 환수배관에는 미연결되고, 그에 따라 상기 지중과 상기 지열저장탱크라는 두 개의 열원이 직렬로 연결되어, 상기 지열교환매체가 상기 지중과 상기 지열저장탱크를 직렬로 경유하면서 두 번의 열교환을 하게 되는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명의 또 다른 측면에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치는 지중과 지열교환매체가 열교환되는 지중열교환부재; 상기 지중열교환부재를 경유하면서 상기 지중과 열교환된 상기 지열교환매체가 경유되면서, 냉매와 열교환되는 지열히트펌프; 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 유동되는 경로 상에 직렬로 연결되어, 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 향하던 상기 지열교환매체가 경유되면서 상기 지열교환매체에 함유되어 있던 지열 중 일부가 저장될 수 있는 지열저장탱크; 상기 지중열교환부재와 상기 지열히트펌프를 연결하여, 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 유동되도록 하는 열원측 공급배관; 상기 지열히트펌프와 상기 지중열교환부재를 연결하여, 상기 열원측 공급배관을 통해 유동되어 상기 지열히트펌프에서 상기 냉매와 열교환된 상기 지열교환매체가 상기 지열히트펌프로부터 상기 지중열교환부재로 유동되도록 하는 열원측 환수배관; 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 유동되던 중에 상기 지열저장탱크로 경유될지 여부를 조절할 수 있는 우회삼방밸브; 상기 우회삼방밸브와 상기 지열저장탱크 사이에 배치되는 지열저장열교환기; 상기 지열히트펌프에서 상기 지열교환매체와 열교환된 상기 냉매의 열기 또는 냉기에 의해 수요처에 냉난방을 공급하는 실내유닛; 상기 지열히트펌프와 상기 실내유닛을 연결하여, 상기 지열히트펌프를 경유하면서 상기 냉매와 열교환된 부하측 순환매체가 상기 지열히트펌프로부터 상기 실내유닛으로 유동되도록 하는 부하측 공급배관; 상기 실내유닛과 상기 지열히트펌프를 연결하여, 상기 부하측 공급배관을 통해 유동되어 상기 실내유닛을 경유하면서 상기 수요처에 냉난방을 제공한 상기 부하측 순환매체가 상기 실내유닛으로부터 상기 지열히트펌프로 유동되도록 하는 부하측 환수배관; 상기 부하측 공급배관으로부터 분지되고 상기 지열저장탱크에 연결되는 부하측 우회공급배관; 상기 부하측 공급배관과 상기 부하측 우회공급배관의 분지 지점에 설치되어, 상기 부하측 공급배관을 통해 유동되던 상기 부하측 순환매체가 상기 지열저장탱크로 경유될지 여부를 조절할 수 있는 부하삼방밸브; 및 상기 지열저장탱크로부터 연장되고 상기 부하측 환수배관에 연결되는 부하측 우회환수배관;을 포함하고,
상기 지열히트펌프에서 열교환된 상기 부하측 순환매체가 상기 부하측 공급배관, 상기 부하삼방밸브, 상기 부하측 우회공급배관, 상기 지열저장탱크, 상기 부하측 우회환수배관 및 상기 부하측 환수배관을 순환하면서, 상기 지열저장탱크에 열저장이 이루어질 수 있고,
상기 지열저장탱크가 상기 지중열교환부재의 출구 측인 상기 열원측 공급배관에만 연결되고, 상기 열원측 환수배관에는 미연결되고, 그에 따라 상기 지중과 상기 지열저장탱크라는 두 개의 열원이 직렬로 연결되어, 상기 지열교환매체가 상기 지중과 상기 지열저장탱크를 직렬로 경유하면서 두 번의 열교환을 하게 되는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명의 또 다른 측면에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치는 지중과 지열교환매체가 열교환되는 지중열교환부재; 상기 지중열교환부재를 경유하면서 상기 지중과 열교환된 상기 지열교환매체가 경유되면서, 냉매와 열교환되는 지열히트펌프; 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 유동되는 경로 상에 직렬로 연결되어, 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 향하던 상기 지열교환매체가 경유되면서 상기 지열교환매체에 함유되어 있던 지열 중 일부가 저장될 수 있는 지열저장탱크; 상기 지중열교환부재와 상기 지열히트펌프를 연결하여, 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 유동되도록 하는 열원측 공급배관; 상기 지열히트펌프와 상기 지중열교환부재를 연결하여, 상기 열원측 공급배관을 통해 유동되어 상기 지열히트펌프에서 상기 냉매와 열교환된 상기 지열교환매체가 상기 지열히트펌프로부터 상기 지중열교환부재로 유동되도록 하는 열원측 환수배관; 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 유동되던 중에 상기 지열저장탱크로 경유될지 여부를 조절할 수 있는 우회삼방밸브; 상기 우회삼방밸브와 상기 지열저장탱크 사이에 배치되는 지열저장열교환기; 상기 지열히트펌프에서 상기 지열교환매체와 열교환된 상기 냉매의 열기 또는 냉기에 의해 수요처에 냉난방을 공급하는 실내유닛; 상기 지열히트펌프와 상기 실내유닛을 연결하여, 상기 지열히트펌프에서 상기 지열교환매체와 열교환된 상기 냉매가 상기 지열히트펌프로부터 상기 실내유닛으로 유동되도록 하는 부하측 공급배관; 상기 실내유닛과 상기 지열히트펌프를 연결하여, 상기 부하측 공급배관을 통해 유동되어 상기 실내유닛을 경유하면서 상기 수요처에 냉난방을 제공한 상기 냉매가 상기 실내유닛으로부터 상기 지열히트펌프로 유동되도록 하는 부하측 환수배관; 상기 부하측 공급배관으로부터 분지되고 상기 지열저장탱크 쪽으로 향하는 부하측 우회공급배관; 상기 부하측 공급배관과 상기 부하측 우회공급배관의 분지 지점에 설치되어, 상기 부하측 공급배관을 통해 유동되던 상기 냉매가 상기 지열저장탱크 쪽으로 경유될지 여부를 조절할 수 있는 부하삼방밸브; 상기 부하삼방밸브와 상기 지열저장탱크 사이에 배치되는 부하열저장열교환기; 상기 부하열저장열교환기로부터 연장되고 상기 지열저장탱크에 연결되어, 상기 부하측 공급배관, 상기 부하삼방밸브 및 상기 부하측 우회공급배관을 통해 유동된 상기 냉매와 상기 부하열저장열교환기에서 열교환된 부하열저장 순환매체가 상기 지열저장탱크로 유동되도록 하는 부하저장 공급배관; 상기 지열저장탱크로부터 연장되고 상기 부하열저장열교환기에 연결되어, 상기 부하저장 공급배관을 통해 유동되어 상기 지열저장탱크를 경유한 상기 부하열저장 순환매체가 상기 부하열저장열교환기로 유동되도록 하는 부하저장 환수배관; 및 상기 부하열저장열교환기로부터 연장되고 상기 부하측 환수배관에 연결되는 부하측 우회환수배관;을 포함하고,
상기 지열히트펌프에서 열교환된 상기 부하측 순환매체가 상기 부하측 공급배관, 상기 부하삼방밸브, 상기 부하측 우회공급배관, 상기 부하열저장열교환기, 상기 부하측 우회환수배관 및 상기 부하측 환수배관을 통해 순환하고,
상기 부하열저장열교환기에서 상기 부하측 순환매체와 열교환된 상기 부하열저장 순환매체가 상기 부하저장 공급배관, 상기 지열저장탱크 및 상기 부하저장 환수배관을 통해 순환하면서, 상기 지열저장탱크에 열저장이 이루어질 수 있고,
상기 지열저장탱크가 상기 지중열교환부재의 출구 측인 상기 열원측 공급배관에만 연결되고, 상기 열원측 환수배관에는 미연결되고, 그에 따라 상기 지중과 상기 지열저장탱크라는 두 개의 열원이 직렬로 연결되어, 상기 지열교환매체가 상기 지중과 상기 지열저장탱크를 직렬로 경유하면서 두 번의 열교환을 하게 되는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명의 일 측면에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치에 의하면, 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치가 지중열교환부재와, 지열히트펌프와, 지열저장탱크와, 우회삼방밸브와, 실내유닛을 포함함에 따라, 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치가 적용되는 건축물의 냉방 및 난방 시에 전력의 소모가 많은 상기 지열히트펌프를 가동하지 않고서 상기 열원 펌프만의 운전으로 지중열을 회수하여 상기 지열저장탱크라는 중간온도 정도의 열원을 추가로 얻을 수 있고, 상기 지열저장탱크를 정상적인 냉난방 운전 시 상기 지중에 직렬로 연결된 2차 열원으로 활용할 수 있어서, 상기 지열히트펌프의 시스템 에너지효율(성적계수)을 높일 수 있고, 사용 전력의 저감이 가능해진다.

둘째, 하루 중 냉난방이 행해지지 않는 여유 시간대에 상기 지열히트펌프를 일부 운전하여 냉수 또는 온수를 상기 지열저장탱크에 저장하였다가 각각 정상 냉난방 시 2차 열원으로 활용하여, 상기 지열히트펌프의 시스템 에너지효율(성적계수)을 높일 수 있고, 사용 전력의 저감이 가능하다.

셋째, 여유 시간대에 확보한 2차 열원인 상기 지열저장탱크를 활용할 경우, 정상 냉난방 시 상기 지열히트펌프의 상기 열원측 열교환기의 열교환량이 커지게 되어서, 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치의 냉방성능 및 난방성능도 그에 따라서 커지게 되어, 상기 지열히트펌프의 장비용량 축소가 가능해진다.

넷째, 상기 우회삼방밸브를 이용하여 상기 지열저장탱크 내부의 냉수 또는 온수를 피크부하 시간대에 집중적을 또는 선택적으로 이용할 수 있어서, 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치가 적용되는 건축물의 지열 피크부하가 용이하게 대응될 수 있게 된다.

다섯째, 열원측의 관수량이 많아져서 열용량이 커지고, 관수의 축열로 인하여 열원의 안정성이 증가하게 된다.

여섯째, 상기 지열저장탱크의 하부는 깔때기 형태로 그 하부로 갈수록 점진적으로 수렴되는 형태로 형성되고, 상기 탱크 분지배관의 말단부는 상기 지열저장탱크의 중심으로부터 일 측으로 편심된 부분에 연결되고, 상기 탱크 합지배관의 말단부는 상기 지열저장탱크의 중심으로부터 타 측으로 편심된 부분에 연결되고, 상기 탱크 분지배관의 말단부는 상기 탱크 분지배관의 다른 부분에 비해 상대적으로 점진적으로 좁아지는 형태로 형성됨으로써, 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재에서 지중과 열교환되는 과정 중에 상기 지열교환매체에 혼입된 흙, 모래, 자갈, 쇄석, 기타 고형물 등의 이물질이 상기 지열저장탱크로 인입되더라도, 상기 지열교환매체가 상기 지열저장탱크의 내부에서 소용돌이치면서 유동되면서 하강되고, 그러한 하강 중에 상기 이물질이 상기 지열교환매체와 분리되어 상기 지열저장탱크의 바닥부로 모여 쌓인 후 외부로 손쉽게 배출될 수 있게 된다.

일곱째, 폐수, 강수. 시수 등 다양한 상기 외부 보충수가 상기 지열저장탱크로 보충될 수 있게 됨으로써, 상기 수요처에서는 2차 열원의 능력을 무한히 확장할 수 있게 되어, 상기 지열히트펌프의 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치의 구성을 보이는 도면.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치를 구성하는 지열저장탱크를 위에서 내려다본 수평 단면도.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치의 구성을 보이는 도면.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치의 구성을 보이는 도면.
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치의 구성을 보이는 도면.
도 6은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치의 구성을 보이는 도면.
도 7은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치의 구성을 보이는 도면.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치의 구성을 보이는 도면이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치를 구성하는 지열저장탱크를 위에서 내려다본 수평 단면도이다.

도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(100)는 지중열교환부재(110)와, 지열히트펌프(140)와, 지열저장탱크(120)와, 우회삼방밸브(102)와, 실내유닛(150)을 포함한다.

또한, 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(100)는 열원측 공급배관(160)과, 열원측 환수배관(161)과, 탱크 분지배관(162)과, 탱크 합지배관(164)과, 열원측 우회배관(165)과, 열원삼방밸브(103)를 더 포함한다.

또한, 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(100)는 부하측 공급배관(166)과, 부하측 환수배관(167)을 더 포함한다.

상기 지중열교환부재(110)는 지중(地中)과 지열교환매체가 열교환되는 것으로, 일반적인 지중 매설 지열교환파이프가 그 예로 제시될 수 있고, 개방형, 밀폐형, 수열원, 해수열원이 모두 해당될 수 있다.

상기 지열교환매체로는 물이 제시될 수 있다.

상기 지열히트펌프(140)는 상기 지중열교환부재(110)를 경유하면서 상기 지중과 열교환된 상기 지열교환매체가 경유되면서, 냉매와 열교환되는 것이다.

상기 지열히트펌프(140)는 펌프 케이스(141) 내부에 열원측 열교환기(142)와, 부하측 열교환기(143)가 내삽된 것이다.

상기 지열히트펌프(140)의 상기 펌프 케이스(141)의 내부에는 압축기, 팽창 밸브가 더 구비되어, 상기 압축기, 상기 열원측 열교환기(142), 상기 팽창 밸브 및 상기 부하측 열교환기(143)가 냉동사이클을 이루고, 상기 압축기, 상기 열원측 열교환기(142), 상기 팽창 밸브 및 상기 부하측 열교환기(143)를 상기 냉매가 순환하는 것이고, 수요처에 대한 냉난방 전환을 위하여, 상기 지열히트펌프(140) 내부에서의 상기 냉매의 순환 방향은 전환될 수 있다.

상기 수요처에 대해 냉방을 제공하는 경우, 상기 열원측 열교환기(142)가 응축기로 기능하고, 상기 부하측 열교환기(143)가 증발기로 기능하며, 상기 수요처에 대해 난방을 제공하는 경우, 상기 열원측 열교환기(142)는 증발기로 기능하고, 상기 부하측 열교환기(143)는 응축기로 기능할 수 있는데, 이러한 상기 지열히트펌프(140)의 작동은 일반적인 히트펌프의 작동과 동일하므로, 여기서는 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

상기 지열저장탱크(120)는 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재(110)로부터 상기 지열히트펌프(140)로 유동되는 경로 상에 직렬로 연결되어, 상기 지중열교환부재(110)로부터 상기 지열히트펌프(140)로 향하던 상기 지열교환매체가 경유되면서 상기 지열교환매체에 함유되어 있던 지열 중 일부가 저장될 수 있는 것이다.

상기 우회삼방밸브(102)는 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재(110)로부터 상기 지열히트펌프(140)로 유동되던 중에 상기 지열저장탱크(120)로 경유될지 여부를 조절할 수 있는 것이다.

상기 우회삼방밸브(102)는 상기 열원측 공급배관(160)으로부터 상기 탱크 분지배관(162)이 분지되는 부분에 설치되어, 상기 탱크 분지배관(162)으로의 상기 지열교환매체의 유동을 제어한다.

상기 우회삼방밸브(102)가 상기 탱크 분지배관(162)을 닫은 상태이면, 상기 지중열교환부재(110)로부터 상기 열원측 공급배관(160)을 통해 유동된 상기 지열교환매체가 모두 상기 열원측 공급배관(160)을 통해 유동을 지속하여 상기 열원측 열교환기(142)로 유동되어 열교환되고, 상기 우회삼방밸브(102)가 상기 탱크 분지배관(162)을 열게 되면, 상기 우회삼방밸브(102)의 개도에 따라, 상기 열원측 공급배관(160)을 통해 유동된 상기 지열교환매체 중 적어도 일부가 상기 탱크 분지배관(162)을 통해 유동될 수 있게 된다.

상기 열원측 공급배관(160)은 상기 지중열교환부재(110)와 상기 지열히트펌프(140)의 상기 열원측 열교환기(142)를 연결하여, 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재(110)로부터 상기 지열히트펌프(140)의 상기 열원측 열교환기(142) 쪽으로 유동되도록 하는 것이다.

상기 열원측 공급배관(160) 상에는, 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재(110)로부터 상기 지열히트펌프(140)의 상기 열원측 열교환기(142) 쪽으로 유동되도록 하기 위한 열원 펌프(101)가 설치된다.

상기 열원측 환수배관(161)은 상기 지열히트펌프(140)의 상기 열원측 열교환기(142)와 상기 지중열교환부재(110)를 연결하여, 상기 열원측 공급배관(160)을 통해 유동되어 상기 지열히트펌프(140)의 상기 열원측 열교환기(142)에서 상기 냉매와 열교환된 상기 지열교환매체가 상기 지열히트펌프(140)의 상기 열원측 열교환기(142)로부터 상기 지중열교환부재(110)로 유동되도록 하는 것이다.

상기 열원측 공급배관(160)과 상기 열원측 환수배관(161)에 의해, 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재(110)와 상기 열원측 열교환기(142) 사이를 순환할 수 있게 된다.

상기 탱크 분지배관(162)은 상기 열원측 공급배관(160)으로부터 분지되고 상기 지열저장탱크(120)와 연결되며 상기 열원측 공급배관(160)으로부터의 분지 지점에 상기 우회삼방밸브(102)가 설치되어, 상기 열원측 공급배관(160)을 따라 유동되던 상기 지열교환매체가 상기 우회삼방밸브(102)의 조절에 의해 상기 지열저장탱크(120)로 유동되도록 하는 것이다.

상기 탱크 합지배관(164)은 상기 지열저장탱크(120)로부터 연장되고 상기 열원측 공급배관(160) 중 상기 탱크 분지배관(162)과 상기 지열히트펌프(140) 사이 부분에 연결되어, 상기 지열저장탱크(120)를 경유한 상기 지열교환매체가 상기 열원측 공급배관(160) 쪽으로 유동되도록 하는 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 지열저장탱크(120)는 그 내부가 빈 원통형의 실린더 형태로 형성되고, 상기 탱크 분지배관(162)의 말단부(163)는 상기 지열저장탱크(120)의 중심으로부터 일 측으로 편심된 부분에 연결되되, 상기 지열저장탱크(120)의 상부 중 상기 지열저장탱크(120)의 중심으로부터 일 측으로 편심된 부분을 향해 상기 지열교환매체가 분사되도록 형성되고, 상기 탱크 합지배관(164)의 말단부는 상기 지열저장탱크(120)의 중심으로부터 타 측으로 편심된 부분에 연결되되, 상기 지열저장탱크(120)에서 상기 탱크 분지배관(162)의 말단부에 비해 상대적으로 낮은 지점에 연결된다.

또한, 상기 탱크 분지배관(162)의 말단부는 상기 탱크 분지배관(162)의 다른 부분에 비해 상대적으로 점진적으로 좁아지는 형태로 형성되어, 상기 지열교환매체의 분사 속도가 더욱 향상될 수 있게 된다.

상기와 같이 구성되면, 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재(110)에서 지중과 열교환되는 과정 중에 상기 지열교환매체에 혼입된 흙, 모래, 자갈, 쇄석, 기타 고형물 등의 이물질이 상기 지열저장탱크(120)로 인입되더라도, 상기 지열교환매체가 상기 지열저장탱크(120)의 내부에서 소용돌이치면서 유동되면서 하강되고, 그러한 하강 중에 상기 이물질이 상기 지열교환매체와 분리되어 상기 지열저장탱크(120)의 바닥부로 모여 쌓이게 된다.

상기 지열저장탱크(120)의 바닥부에 쌓인 상기 이물질은 상기 지열저장탱크(120)의 바닥부 중앙에 연결된 드레인 배관(132)을 통해 외부로 배출될 수 있게 된다. 상기 드레인 배관(132)에는 드레인 개폐 밸브(133)가 설치되어, 상기 드레인 배관(132)의 개폐가 조절될 수 있게 된다.

도면 번호 130은 폐수, 강수, 시수 등 다양한 외부 보충수가 상기 지열저장탱크(120)로 보충될 수 있는 보충 배관이고, 도면 번호 131은 상기 보충 배관(130)을 통해 유입되는 상기 외부 보충수를 필터링할 수 있는 필터링 부재이다.

상기 지열저장탱크(120)의 하부는 깔때기 형태로 그 하부로 갈수록 점진적으로 수렴되는 형태로 형성된다.

도면 번호 134는 상기 지열저장탱크(120)의 측면 또는 상부에 부착되어, 상기 지열저장탱크(120)의 내부 온도를 감지할 수 있는 온도 센서이다.

상기 열원측 우회배관(165)은 상기 열원측 공급배관(160) 중 상기 탱크 합지배관(164)과 상기 지열히트펌프(140)의 상기 열원측 열교환기(142) 사이 부분과 상기 열원측 환수배관(161)을 연결하는 것이다.

상기 열원측 우회배관(165)은 상기 탱크 합지배관(164)에 비해 상기 열원측 열교환기(142)에 상대적으로 더 근접되는 위치에 배치된다.

상기 열원삼방밸브(103)는 상기 열원측 공급배관(160)으로부터 상기 열원측 우회배관(165)이 분지되는 부분에 설치되어, 상기 열원측 우회배관(165)으로의 상기 지열교환매체의 유동을 제어한다.

상기 열원삼방밸브(103)가 상기 열원측 우회배관(165)을 닫은 상태이면, 상기 열원측 공급배관(160)을 통해 유동된 상기 지열교환매체가 모두 상기 열원측 열교환기(142)로 유동되어 열교환되고, 상기 열원삼방밸브(103)가 상기 열원측 우회배관(165)을 열게 되면, 상기 열원삼방밸브(103)의 개도에 따라, 상기 열원측 공급배관(160)을 통해 유동된 상기 지열교환매체 중 적어도 일부가 상기 열원측 우회배관(165)을 통해 유동된 다음 상기 열원측 열교환기(142)를 거치지 않고 바로 상기 열원측 환수배관(161)을 통해 상기 지중열교환부재(110) 쪽으로 유동될 수 있게 된다.

본 실시예에서는, 상기 지열저장탱크(120)가 상기 지중열교환부재(110)의 출구 측인 상기 열원측 공급배관(160)에만 연결되고, 상기 열원측 환수배관(161)에는 미연결되고, 그에 따라 상기 지중과 상기 지열저장탱크(120)라는 두 개의 열원이 직렬로 연결되어, 상기 지열교환매체가 상기 지중과 상기 지열저장탱크(120)를 직렬로 경유하면서 두 번의 열교환을 하게 됨으로써, 열원이 확장된 형태가 될 수 있다.

상기 실내유닛(150)은 상기 지열히트펌프(140)에서 상기 지열교환매체와 열교환된 상기 냉매의 열기 또는 냉기에 의해 상기 수요처에 냉난방을 공급하는 것이다.

본 실시예에서는, 상기 지열히트펌프(140)의 상기 부하측 열교환기(143)와 상기 실내유닛(150)이 상기 부하측 공급배관(166)과 상기 부하측 환수배관(167)에 의해 순환하는 구조로 연결되고, 상기 부하측 공급배관(166)과 상기 부하측 환수배관(167)을 통해 물 등의 부하측 순환매체가 순환되는 구조를 이룬다.

상기 부하측 공급배관(166)은 상기 지열히트펌프(140)의 상기 부하측 열교환기(143)와 상기 실내유닛(150)을 연결하여, 상기 지열히트펌프(140)의 상기 부하측 열교환기(143)를 경유하면서 상기 냉매와 열교환된 상기 부하측 순환매체가 상기 지열히트펌프(140)의 상기 부하측 열교환기(143)로부터 상기 실내유닛(150)으로 유동되도록 하는 것이다.

상기 부하측 공급배관(166) 상에는, 상기 부하측 순환매체가 상기 지열히트펌프(140)의 상기 부하측 열교환기(143)로부터 상기 실내유닛(150) 쪽으로 유동되도록 하기 위한 부하 펌프(104)가 설치된다.

상기 부하측 환수배관(167)은 상기 실내유닛(150)과 상기 지열히트펌프(140)의 상기 부하측 열교환기(143)를 연결하여, 상기 부하측 공급배관(166)을 통해 유동되어 상기 실내유닛(150)을 경유하면서 상기 수요처에 냉난방을 제공한 상기 부하측 순환매체가 상기 실내유닛(150)으로부터 상기 지열히트펌프(140)의 상기 부하측 열교환기(143)로 유동되도록 하는 것이다

이하에서는 도면을 참조하여 본 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(100)의 작동에 대하여 설명한다.

먼저, 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(100)에서의 하절기 냉방운전에 대하여 설명한다.

상기 하절기 냉방운전은 냉수 생산 및 저장 운전, 피크부하 시간대가 아닌 경우의 운전인 일반 냉방운전 및 피크부하 시간대 냉방운전으로 구분된다.

상기 냉수 생산 및 저장 운전은 하루 중 상기 수요처에 대한 냉방이 행해지지 않는 여유 시간대에, 상기 부하 펌프(104)가 정지되어 부하 측에서는 운전이 행해지지 않으면서, 약 15℃의 상기 지중과 상기 지열저장탱크(120) 내부를 1℃ 이내의 온도 편차로 균등하게 맞추는 운전이다.

상기 냉수 생산 및 저장 운전 중에는 상기 지열히트펌프(140)의 작동은 중지된다.

상세히, 상기 열원삼방밸브(103)가 상기 지열히트펌프(140)의 상기 열원측 열교환기(142) 쪽을 모두 닫고 상기 열원측 우회배관(165)을 모두 연 상태에서, 상기 열원 펌프(101)가 작동되면, 상기 지열교환매체가 상기 열원삼방밸브(103) 및 상기 열원측 우회배관(165)을 경유한 다음 상기 열원측 환수배관(161)을 통해 상기 지중열교환부재(110)로 향하게 된다.

상기와 같은 상기 지열교환매체는 상기 지중열교환부재(110)에서 상기 지중과 열교환되면서 냉각된 상태로, 상기 열원측 공급배관(160)을 통해 상승된다.

상기 우회삼방밸브(102)는 상기 열원측 공급배관(160) 중 상기 열원측 열교환기(142) 쪽을 모두 닫고 상기 탱크 분지배관(162) 쪽을 모두 연 상태여서, 상기 열원측 공급배관(160)을 통해 상승되던 상기 지열교환매체는 상기 탱크 분지배관(162)을 통해 상기 지열저장탱크(120)로 유입되어, 상기 지열저장탱크(120) 내의 물을 냉각시킨 다음, 상기 탱크 합지배관(164) 및 상기 열원측 공급배관(160)을 통해 상기 열원 펌프(101) 쪽으로 유동되면서, 순환하게 된다.

여기서, 상기 지열히트펌프(140)의 가동 없이도, 상기 열원 펌프(101)의 저전력 상태의 운전(펌프의 총 소요동력은 유체 반송동력이어서, 일반적인 경우 열원기기인 상기 지열히트펌프(140)의 소요동력 대비 약 10% 이하임)만으로도, 상기 지열저장탱크(120) 내의 물(여름철 시수 온도는 보통 25℃ 내외)을 상기 지중의 온도(평균 약 15℃)의 수준에 가깝게 냉각시킬 수 있다.

또한, 상기 온도 센서에 의해 상기 지열저장탱크(120) 내의 물의 온도가 15 + 1℃에 도달되면, 상기 열원 펌프(101)의 작동이 중지되면서, 상기 냉수 생산 및 저장 운전이 중지된다.

상기 피크부하 시간대가 아닌 경우의 운전인 상기 일반 냉방운전은 상기 피크부하 시간대가 아닌 시간대에 상기 수요처에 대해 냉방을 제공하는 운전이다.

상세히, 부하 측에서는, 상기 부하 펌프(104)가 작동되면, 상기 부하측 순환매체가 증발기로 기능하게 되는 상기 부하측 열교환기(143)를 경유하면서 상기 지열히트펌프(140)의 내부를 순환하는 상기 냉매와 열교환되어, 냉각된다.

상기와 같이 냉각된 상기 부하측 순환매체가 상기 부하측 공급배관(166)을 통해 상기 실내유닛(150)으로 공급되어, 상기 실내유닛(150)을 경유하는 동안 상기 수요처에 대해 냉방을 제공하면서, 상기 수요처의 열기를 흡수한다.

상기 수요처의 열기를 흡수한 상기 부하측 순환매체가 상기 부하측 환수배관(167)을 통해 유동된 다음, 상기 지열히트펌프(140)의 상기 부하측 열교환기(143)로 유입되면서, 순환하게 된다.

상기 부하측 열교환기(143)에서 상기 부하측 순환매체의 열기를 흡수한 상기 냉매는 상기 지열히트펌프(140)의 내부를 순환한 다음, 상기 열원측 열교환기(142)를 경유하게 되면서, 응축기로 기능하게 되는 상기 열원측 열교환기(142)에서 열기를 상기 지열교환매체로 전달한다.

한편, 열원 측에서는, 상기 열원삼방밸브(103)가 상기 지열히트펌프(140)의 상기 열원측 열교환기(142) 쪽을 모두 열고 상기 열원측 우회배관(165)을 모두 닫은 상태에서, 상기 열원 펌프(101)가 작동되면, 상기 지열교환매체가 상기 지열히트펌프(140)의 상기 열원측 열교환기(142)를 경유하면서 상기 지열히트펌프(140)의 내부를 순환하는 상기 냉매와 열교환되어, 상기 냉매의 열기를 상기 지열교환매체가 흡수한다.

상기와 같이 열교환된 상기 지열교환매체는 상기 열원측 환수배관(161)을 통해 상기 지중열교환부재(110)로 향하게 된다.

이 때, 상기 우회삼방밸브(102)는 상기 열원측 공급배관(160) 중 상기 열원측 열교환기(142) 쪽을 모두 열고 상기 탱크 분지배관(162) 쪽을 모두 닫은 상태여서, 상기 지열교환매체는 상기 지열저장탱크(120)를 경유하지 아니하고, 곧바로 상기 열원측 공급배관(160)을 통해 상승되어, 상기 열원측 열교환기(142)로 유동되면서, 순환하게 된다.

상기 피크부하 시간대 냉방운전은 피크부하 시간대에 상기 수요처에 대해 냉방을 제공하는 운전이다.

상세히, 상기 피크부하 시간대 냉방운전에서의 부하 측에서의 운전은 상기 피크부하 시간대가 아닌 경우의 운전인 상기 일반 냉방운전에서의 부하 측에서의 운전과 동일하다.

즉, 상기 부하 펌프(104)의 작동에 따라, 상기 부하측 순환매체가 상기 지열히트펌프(140)의 상기 부하측 열교환기(143), 상기 부하측 공급배관(166), 상기 실내유닛(150), 상기 부하측 환수배관(167) 및 상기 지열히트펌프(140)의 상기 부하측 열교환기(143)를 순차적으로 경유하면서 순환된다.

상기와 같은 상기 지열교환매체는 첫번째 열원인 상기 지중열교환부재(110)에서 상기 지중과 열교환되면서 냉각된 상태로, 상기 열원측 공급배관(160)을 통해 상승된다.

이 때, 상기 우회삼방밸브(102)는 상기 열원측 공급배관(160) 중 상기 열원측 열교환기(142) 쪽을 모두 닫고 상기 탱크 분지배관(162) 쪽을 모두 연 상태여서, 상기 지열교환매체는 상기 우회삼방밸브(102) 및 상기 탱크 분지배관(162)을 통해 유동된 다음, 상기 지중열교환부재(110)와 직렬 연결된 두번째 열원인 상기 지열저장탱크(120)를 경유하게 된다.

상기 지열저장탱크(120)를 경유하면서 다시 한번 더 냉각된 상기 지열교환매체는 상기 탱크 합지배관(164) 및 상기 열원측 공급배관(160)을 순차적으로 거쳐 상기 지열히트펌프(140)의 상기 열원측 열교환기(142)로 유동되면서, 순환하게 된다.

여기서, 상기 지중의 평균 온도는 상기 피크부하 시간대 냉방운전의 초기에는 약 15℃이고, 냉방을 진행할수록 약 25℃ 정도까지 상승하게 되고, 상기 지열교환매체는 상기 지열히트펌프(140)의 상기 열원측 열교환기(142)에 의해 30 내지 35℃까지 온도 상승되었다가, 상기 지중과 열교환되면서 1차적으로 냉각되고, 상기 지열저장탱크(120)를 경유하면서 2차적으로 한 차례 더 냉각되어짐으로써, 상기 피크부하 시간대 냉방운전 시에는 열원이 상기 지중과 상기 지열저장탱크(120)의 두 가지로 확장된다. 그러면, 지중열이 부족해지기 쉬운 상기 피크부하 시간대 냉방운전(예를 들어, 여름철 약 16시 내지 18시)에 그 확장된 열원에 의해 상기 지열 히트 펌프의 응축기로 기능하는 상기 열원측 열교환기(142)의 방열이 원활하게 잘 이루어질 수 있게 되고, 그에 따라 상기 지열히트펌프(140)의 효율(성적계수)이 상승하여, 에너지 절감이 가능해지고, 상기 지열히트펌프(140)의 소비전력 하락에 따라 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(100)가 적용되는 건축물의 첨두부하 삭감이 가능해지고, 응축기로 기능하는 상기 열원측 열교환기(142)의 원활한 방열에 따라 냉방성능이 커져서, 상기 지열히트펌프(140)의 장비용량의 축소가 가능해진다.

한편, 피크부하 시간대가 지난 후에 추가적으로 냉방운전이 행해지더라도, 상기 일반 냉방운전으로 복귀될 수도 있고, 그대로 상기 피크부하 시간대 냉방운전이 수행될 수도 있는데, 상기와 같이 그대로 상기 피크부하 시간대 냉방운전이 수행되더라도, 추가적인 에너지 소모는 없게 된다.

한편, 상기 보충 배관(130) 및 상기 필터링 부재(131)를 통해 상기 지열저장탱크(120)의 상부로 폐수, 강수, 시수(약 15 내지 20℃) 등의 다양한 상기 외부 보충수를 필터링하면서 지속적으로 공급해줌과 함께, 상기 드레인 배관(132)을 통해 상기 지열저장탱크(120) 내의 물을 조금씩 연속적으로 드레인해주면, 상기 지열저장탱크(120) 내의 물의 상대적으로 낮은 온도를 더 오랫동안 유지 가능하게 되어, 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(100)의 작동 효율이 더욱 향상될 수 있게 된다.

이하에서는, 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(100)에서의 동절기 난방운전에 대하여 설명한다.

상기 동절기 난방운전은 온수 생산 및 저장 운전, 피크부하 시간대가 아닌 경우의 운전인 일반 난방운전 및 피크부하 시간대 난방운전으로 구분된다.

상기 온수 생산 및 저장 운전은 하루 중 상기 수요처에 대한 난방이 행해지지 않는 여유 시간대에, 상기 부하 펌프(104)가 정지되어 부하 측에서는 운전이 행해지지 않으면서, 약 15℃의 상기 지중과 상기 지열저장탱크(120) 내부를 1℃ 이내의 온도 편차로 균등하게 맞추는 운전이다.

상기 온수 생산 및 저장 운전 중에는 상기 지열히트펌프(140)의 작동은 중지된다.

상기와 같은 상기 지열교환매체는 상기 지중열교환부재(110)에서 상기 지중과 열교환되면서 승온된 상태로, 상기 열원측 공급배관(160)을 통해 상승된다.

상기 우회삼방밸브(102)는 상기 열원측 공급배관(160) 중 상기 열원측 열교환기(142) 쪽을 모두 닫고 상기 탱크 분지배관(162) 쪽을 모두 연 상태여서, 상기 열원측 공급배관(160)을 통해 상승되던 상기 지열교환매체는 상기 탱크 분지배관(162)을 통해 상기 지열저장탱크(120)로 유입되어, 상기 지열저장탱크(120) 내의 물을 승온시킨 다음, 상기 탱크 합지배관(164) 및 상기 열원측 공급배관(160)을 통해 상기 열원 펌프(101) 쪽으로 유동되면서, 순환하게 된다.

여기서, 상기 지열히트펌프(140)의 가동 없이도, 상기 열원 펌프(101)의 저전력 상태의 운전만으로도, 상기 지열저장탱크(120) 내의 물(겨울철 시수 온도는 보통 5℃ 내외)을 상기 지중의 온도(평균 약 15℃)의 수준에 가깝게 승온시킬 수 있다.

또한, 상기 온도 센서에 의해 상기 지열저장탱크(120) 내의 물의 온도가 15 - 1℃에 도달되면, 상기 열원 펌프(101)의 작동이 중지되면서, 상기 온수 생산 및 저장 운전이 중지된다.

상기 피크부하 시간대가 아닌 경우의 운전인 상기 일반 난방운전은 상기 피크부하 시간대가 아닌 시간대에 상기 수요처에 대해 난방을 제공하는 운전이다.

상세히, 부하 측에서는, 상기 부하 펌프(104)가 작동되면, 상기 부하측 순환매체가 응축기로 기능하게 되는 상기 부하측 열교환기(143)를 경유하면서 상기 지열히트펌프(140)의 내부를 순환하는 상기 냉매와 열교환되어, 승온된다.

상기와 같이 승온된 상기 부하측 순환매체가 상기 부하측 공급배관(166)을 통해 상기 실내유닛(150)으로 공급되어, 상기 실내유닛(150)을 경유하는 동안 상기 수요처에 대해 난방을 제공하면서, 상기 수요처로 열기를 공급한다.

상기 수요처로 열기를 공급한 상기 부하측 순환매체가 상기 부하측 환수배관(167)을 통해 유동된 다음, 상기 지열히트펌프(140)의 상기 부하측 열교환기(143)로 유입되면서, 순환하게 된다.

상기 부하측 열교환기(143)에서 상기 부하측 순환매체로 열기를 방출한 상기 냉매는 상기 지열히트펌프(140)의 내부를 순환한 다음, 상기 열원측 열교환기(142)를 경유하게 되면서, 증발기로 기능하게 되는 상기 열원측 열교환기(142)에서 상기 지열교환매체로부터 열기를 흡수한다.

한편, 열원 측에서는, 상기 열원삼방밸브(103)가 상기 지열히트펌프(140)의 상기 열원측 열교환기(142) 쪽을 모두 열고 상기 열원측 우회배관(165)을 모두 닫은 상태에서, 상기 열원 펌프(101)가 작동되면, 상기 지열교환매체가 상기 지열히트펌프(140)의 상기 열원측 열교환기(142)를 경유하면서 상기 지열히트펌프(140)의 내부를 순환하는 상기 냉매와 열교환되어, 상기 지열교환매체의 열기가 상기 냉매 쪽으로 전달된다.

상기 피크부하 시간대 난방운전은 피크부하 시간대에 상기 수요처에 대해 난방을 제공하는 운전이다.

상세히, 상기 피크부하 시간대 난방운전에서의 부하 측에서의 운전은 상기 피크부하 시간대가 아닌 경우의 운전인 상기 일반 난방운전에서의 부하 측에서의 운전과 동일하다.

한편, 열원 측에서는, 상기 열원삼방밸브(103)가 상기 지열히트펌프(140)의 상기 열원측 열교환기(142) 쪽을 모두 열고 상기 열원측 우회배관(165)을 모두 닫은 상태에서, 상기 열원 펌프(101)가 작동되면, 상기 지열교환매체가 상기 지열히트펌프(140)의 상기 열원측 열교환기(142)를 경유하면서 상기 지열히트펌프(140)의 내부를 순환하는 상기 냉매와 열교환되어, 상기 지열교환매체의 열기가 상기 냉매로 전달된다.

상기와 같은 상기 지열교환매체는 첫번째 열원인 상기 지중열교환부재(110)에서 상기 지중과 열교환되면서 승온된 상태로, 상기 열원측 공급배관(160)을 통해 상승된다.

상기 지열저장탱크(120)를 경유하면서 다시 한번 더 승온된 상기 지열교환매체는 상기 탱크 합지배관(164) 및 상기 열원측 공급배관(160)을 순차적으로 거쳐 상기 지열히트펌프(140)의 상기 열원측 열교환기(142)로 유동되면서, 순환하게 된다.

여기서, 상기 지중의 평균 온도는 상기 피크부하 시간대 난방운전의 초기에는 약 15℃이고, 난방을 진행할수록 약 5℃ 정도까지 하강하게 되고, 상기 지열교환매체는 상기 지열히트펌프(140)의 상기 열원측 열교환기(142)에 의해 매우 낮은 온도인 0 내지 2℃까지 하강되었다가, 상기 지중과 열교환되면서 1차적으로 승온되고, 상기 지열저장탱크(120)를 경유하면서 2차적으로 한 차례 더 승온되어짐으로써, 상기 피크부하 시간대 난방운전 시에는 열원이 상기 지중과 상기 지열저장탱크(120)의 두 가지로 확장된다. 그러면, 지중열이 부족해지기 쉬운 상기 피크부하 시간대 난방운전(예를 들어, 겨울철 약 13시 내지 15시)에 그 확장된 열원에 의해 상기 지열 히트 펌프의 증발기로 기능하는 상기 열원측 열교환기(142)의 흡열이 원활하게 잘 이루어질 수 있게 되고, 그에 따라 상기 지열히트펌프(140)의 효율(성적계수)이 상승하여, 에너지 절감이 가능해지고, 상기 지열히트펌프(140)의 소비전력 하락에 따라 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(100)가 적용되는 건축물의 첨두부하 삭감이 가능해지고, 증발기로 기능하는 상기 열원측 열교환기(142)의 원활한 흡열에 따라 난방성능이 커져서, 상기 지열히트펌프(140)의 장비용량의 축소가 가능해진다.

한편, 피크부하 시간대가 지난 후에 추가적으로 난방운전이 행해지더라도, 상기 일반 난방운전으로 복귀될 수도 있고, 그대로 상기 피크부하 시간대 난방운전이 수행될 수도 있는데, 상기와 같이 그대로 상기 피크부하 시간대 난방운전이 수행되더라도, 추가적인 에너지 소모는 없게 된다.

한편, 상기 보충 배관(130) 및 상기 필터링 부재(131)를 통해 상기 지열저장탱크(120)의 상부로 폐수, 강수, 시수(약 5 내지 10℃) 등의 다양한 상기 외부 보충수를 필터링하면서 지속적으로 공급해줌과 함께, 상기 드레인 배관(132)을 통해 상기 지열저장탱크(120) 내의 물을 조금씩 연속적으로 드레인해주면, 상기 지열저장탱크(120) 내의 물의 상대적으로 높은 온도를 더 오랫동안 유지 가능하게 되어, 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(100)의 작동 효율이 더욱 향상될 수 있게 된다.

상기와 같이, 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(100)가 상기 지중열교환부재(110)와, 상기 지열히트펌프(140)와, 상기 지열저장탱크(120)와, 상기 우회삼방밸브(102)와, 상기 실내유닛(150)을 포함함에 따라, 상기 피크부하 시간대 냉방운전 시에 열원이 상기 지중과 상기 지열저장탱크(120)의 두 가지로 확장됨으로써, 상기 지열히트펌프(140)의 효율(성적계수)이 상승하여, 에너지 절감이 가능해지고, 상기 지열히트펌프(140)의 소비전력 하락에 따라 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(100)가 적용되는 건축물의 첨두부하 삭감이 가능해지고, 응축기로 기능하는 상기 열원측 열교환기(142)의 원활한 방열에 따라 냉방성능이 커져서, 상기 지열히트펌프(140)의 장비용량의 축소가 가능해지고, 그에 따라 상기 지열히트펌프(140)의 사용시간이 늘어나더라도 그 작동 효율의 저하가 최소화될 수 있게 된다.

상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(100)가 지중열교환부재(110)와, 지열히트펌프(140)와, 지열저장탱크(120)와, 우회삼방밸브(102)와, 실내유닛(150)을 포함함에 따라, 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(100)가 적용되는 건축물의 냉방 및 난방 시에 전력의 소모가 많은 상기 지열히트펌프(140)를 가동하지 않고서 상기 열원 펌프(101)만의 운전으로 지중열을 회수하여 상기 지열저장탱크(120)라는 중간온도 정도의 열원을 추가로 얻을 수 있고, 상기 지열저장탱크(120)를 정상적인 냉난방 운전 시 상기 지중에 직렬로 연결된 2차 열원으로 활용할 수 있어서, 상기 지열히트펌프(140)의 시스템 에너지효율(성적계수)을 높일 수 있고, 사용 전력의 저감이 가능해진다.

둘째, 하루 중 냉난방이 행해지지 않는 여유 시간대에 상기 지열히트펌프(140)를 일부 운전하여 냉수 또는 온수를 상기 지열저장탱크(120)에 저장하였다가 각각 정상 냉난방 시 2차 열원으로 활용하여, 상기 지열히트펌프(140)의 시스템 에너지효율(성적계수)을 높일 수 있고, 사용 전력의 저감이 가능하다.

셋째, 여유 시간대에 확보한 2차 열원인 상기 지열저장탱크(120)를 활용할 경우, 정상 냉난방 시 상기 지열히트펌프(140)의 상기 열원측 열교환기(142)의 열교환량이 커지게 되어서, 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(100)의 냉방성능 및 난방성능도 그에 따라서 커지게 되어, 상기 지열히트펌프(140)의 장비용량 축소가 가능해진다.

넷째, 상기 우회삼방밸브(102)를 이용하여 상기 지열저장탱크(120) 내부의 냉수 또는 온수를 피크부하 시간대에 집중적을 또는 선택적으로 이용할 수 있어서, 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(100)가 적용되는 건축물의 지열 피크부하가 용이하게 대응될 수 있게 된다.

여섯째, 상기 지열저장탱크(120)의 하부는 깔때기 형태로 그 하부로 갈수록 점진적으로 수렴되는 형태로 형성되고, 상기 탱크 분지배관(162)의 말단부는 상기 지열저장탱크(120)의 중심으로부터 일 측으로 편심된 부분에 연결되고, 상기 탱크 합지배관(164)의 말단부는 상기 지열저장탱크(120)의 중심으로부터 타 측으로 편심된 부분에 연결되고, 상기 탱크 분지배관(162)의 말단부는 상기 탱크 분지배관(162)의 다른 부분에 비해 상대적으로 점진적으로 좁아지는 형태로 형성됨으로써, 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재(110)에서 지중과 열교환되는 과정 중에 상기 지열교환매체에 혼입된 흙, 모래, 자갈, 쇄석, 기타 고형물 등의 이물질이 상기 지열저장탱크(120)로 인입되더라도, 상기 지열교환매체가 상기 지열저장탱크(120)의 내부에서 소용돌이치면서 유동되면서 하강되고, 그러한 하강 중에 상기 이물질이 상기 지열교환매체와 분리되어 상기 지열저장탱크(120)의 바닥부로 모여 쌓인 후 외부로 손쉽게 배출될 수 있게 된다.

일곱째, 폐수, 강수. 시수 등 다양한 상기 외부 보충수가 상기 지열저장탱크(120)로 보충될 수 있게 됨으로써, 상기 수요처에서는 2차 열원의 능력을 무한히 확장할 수 있게 되어, 상기 지열히트펌프(140)의 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치에 대하여 설명한다. 이러한 설명을 수행함에 있어서, 상기된 본 발명의 제 1 실시예에서 이미 기재된 내용과 중복되는 설명은 그에 갈음하고, 여기서는 생략하기로 하고, 이하에서는 상기된 본 발명의 제 1 실시예에 기재된 내용과 다른 내용을 중심으로 기재한다.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치의 구성을 보이는 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(200)의 구성 및 작동은 아래 추가로 설명된 부분을 제외하고는, 상기된 제 1 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(100)의 구성 및 작동과 동일하므로, 그 중복되는 설명은 그에 갈음하고 여기서는 생략하기로 한다.

상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(200)은 부하측 공급배관(266) 및 부하측 환수배관(267)을 포함하되, 상기 부하측 공급배관(266) 및 상기 부하측 환수배관(267)이 물 배관이 아닌 냉매 배관이고, 그에 따라 지열히트펌프(240)에는 부하측 열교환기가 없고, 상기 부하측 공급배관(266)에는 부하 펌프가 없으며, 상기 부하측 공급배관(266)에는 팽창밸브(255)가 설치된다.

상기 부하측 공급배관(266)은 상기 지열히트펌프(240)와 실내유닛(250)을 연결하여, 상기 지열히트펌프(240)의 열원측 열교환기(242)에서 지열교환매체와 열교환된 냉매가 상기 지열히트펌프(240)로부터 상기 실내유닛(250)으로 직접 유동되도록 하는 것이다.

상기 부하측 환수배관(267)은 상기 실내유닛(250)과 상기 지열히트펌프(240)를 연결하여, 상기 부하측 공급배관(266)을 통해 유동되어 상기 실내유닛(250)을 직접 경유하면서 수요처에 냉난방을 제공한 상기 냉매가 상기 실내유닛(250)으로부터 상기 지열히트펌프(240)로 유동되도록 하는 것이다.

상기와 같이 구성되면, 상기 지열히트펌프(240)에서 생산된 상대적으로 차가운 상기 냉매(여름철 냉방시) 또는 상대적으로 뜨거운 상기 냉매(겨울철 난방시)가 상기 부하측 공급배관(266) 및 상기 팽창밸브(255)를 경유한 다음 상기 실내유닛(250)과 직접 열교환을 이루는 형태가 된다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 제 3 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치에 대하여 설명한다. 이러한 설명을 수행함에 있어서, 상기된 본 발명의 제 1 실시예에서 이미 기재된 내용과 중복되는 설명은 그에 갈음하고, 여기서는 생략하기로 한다.

도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치의 구성을 보이는 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(300)는 지중열교환부재(310)와, 지열히트펌프(340)와, 지열저장탱크(320)와, 우회삼방밸브(302)와, 지열저장열교환기(370)와, 실내유닛(350)을 포함한다.

또한, 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(300)는 열원측 공급배관(360)과, 열원측 환수배관(361)과, 탱크 분지배관(362)과, 탱크 합지배관(364)과, 지열저장 공급배관(368)과, 지열저장 환수배관(369)과, 열원측 우회배관(365)과, 열원삼방밸브(303)를 더 포함한다.

또한, 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(300)는 부하측 공급배관(366)과, 부하측 환수배관(367)을 더 포함한다.

상기 지중열교환부재(310)는 지중과 지열교환매체가 열교환되는 것으로, 일반적인 지중 매설 지열교환파이프가 그 예로 제시될 수 있고, 개방형, 밀폐형 모두 해당될 수 있다.

상기 지열교환매체로는 물이 제시될 수 있다.

상기 지열히트펌프(340)는 상기 지중열교환부재(310)를 경유하면서 상기 지중과 열교환된 상기 지열교환매체가 경유되면서, 냉매와 열교환되는 것이다.

상기 지열히트펌프(340)는 펌프 케이스(141) 내부에 열원측 열교환기(342)와, 부하측 열교환기(343)가 내삽된 것이다.

상기 지열히트펌프(340)의 상기 펌프 케이스(141)의 내부에는 압축기, 팽창 밸브가 더 구비되어, 상기 압축기, 상기 열원측 열교환기(342), 상기 팽창 밸브 및 상기 부하측 열교환기(343)가 냉동사이클을 이루고, 상기 압축기, 상기 열원측 열교환기(342), 상기 팽창 밸브 및 상기 부하측 열교환기(343)를 상기 냉매가 순환하는 것이고, 수요처에 대한 냉난방 전환을 위하여, 상기 지열히트펌프(340) 내부에서의 상기 냉매의 순환 방향은 전환될 수 있다.

상기 수요처에 대해 냉방을 제공하는 경우, 상기 열원측 열교환기(342)가 응축기로 기능하고, 상기 부하측 열교환기(343)가 증발기로 기능하며, 상기 수요처에 대해 난방을 제공하는 경우, 상기 열원측 열교환기(342)는 증발기로 기능하고, 상기 부하측 열교환기(343)는 응축기로 기능할 수 있는데, 이러한 상기 지열히트펌프(340)의 작동은 일반적인 히트펌프의 작동과 동일하므로, 여기서는 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

상기 지열저장탱크(320)는 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재(310)로부터 상기 지열히트펌프(340)로 유동되는 경로 상에 상기 지열저장열교환기(370)를 사이에 두고 직렬로 연결되어, 상기 지중열교환부재(310)로부터 상기 지열히트펌프(340)로 향하던 상기 지열교환매체에 함유되어 있던 지열 중 일부가 저장될 수 있는 것이다.

도면 번호 330은 폐수, 강수, 시수 등 다양한 외부 보충수가 상기 지열저장탱크(320)로 보충될 수 있는 보충 배관이고, 도면 번호 331은 상기 보충 배관(330)을 통해 유입되는 상기 외부 보충수를 필터링할 수 있는 필터링 부재이다.

도면 번호 334는 상기 지열저장탱크(320)의 측면 또는 상부에 부착되어, 상기 지열저장탱크(320)의 내부 온도를 감지할 수 있는 온도 센서이다.

상기 지열저장열교환기(370)는 상기 우회삼방밸브(302)와 상기 지열저장탱크(320) 사이에 배치되는 것이다.

상기 지열저장탱크(320)와 상기 지열저장열교환기(370) 사이에서는 물 등의 지열저장 순환매체가 순환되고, 상기 지열저장 순환매체가 상기 우회삼방밸브(302)에 의해 상기 지열저장열교환기(370) 쪽으로 유동된 상기 지열교환매체와 열교환되면서, 상기 지열저장탱크(320)에 열기 또는 냉기가 저장된다.

상기 우회삼방밸브(302)는 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재(310)로부터 상기 지열히트펌프(340)로 유동되던 중에 상기 지열저장탱크(320) 쪽으로 경유될지 여부를 조절할 수 있는 것이다.

상기 우회삼방밸브(302)는 상기 열원측 공급배관(360)으로부터 상기 탱크 분지배관(362)이 분지되는 부분에 설치되어, 상기 탱크 분지배관(362)으로의 상기 지열교환매체의 유동을 제어한다.

상기 우회삼방밸브(302)가 상기 탱크 분지배관(362)을 닫은 상태이면, 상기 지중열교환부재(310)로부터 상기 열원측 공급배관(360)을 통해 유동된 상기 지열교환매체가 모두 상기 열원측 공급배관(360)을 통해 유동을 지속하여 상기 열원측 열교환기(342)로 유동되어 열교환되고, 상기 우회삼방밸브(302)가 상기 탱크 분지배관(362)을 열게 되면, 상기 우회삼방밸브(302)의 개도에 따라, 상기 열원측 공급배관(360)을 통해 유동된 상기 지열교환매체 중 적어도 일부가 상기 탱크 분지배관(362)을 통해 유동될 수 있게 된다.

상기 열원측 공급배관(360)은 상기 지중열교환부재(310)와 상기 지열히트펌프(340)의 상기 열원측 열교환기(342)를 연결하여, 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재(310)로부터 상기 지열히트펌프(340)의 상기 열원측 열교환기(342) 쪽으로 유동되도록 하는 것이다

상기 열원측 공급배관(360) 상에는, 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재(310)로부터 상기 지열히트펌프(340)의 상기 열원측 열교환기(342) 쪽으로 유동되도록 하기 위한 열원 펌프(301)가 설치된다.

상기 열원측 환수배관(361)은 상기 지열히트펌프(340)의 상기 열원측 열교환기(342)와 상기 지중열교환부재(310)를 연결하여, 상기 열원측 공급배관(360)을 통해 유동되어 상기 지열히트펌프(340)의 상기 열원측 열교환기(342)에서 상기 냉매와 열교환된 상기 지열교환매체가 상기 지열히트펌프(340)의 상기 열원측 열교환기(342)로부터 상기 지중열교환부재(310)로 유동되도록 하는 것이다.

상기 열원측 공급배관(360)과 상기 열원측 환수배관(361)에 의해, 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재(310)와 상기 열원측 열교환기(342) 사이를 순환할 수 있게 된다.

상기 탱크 분지배관(362)은 상기 열원측 공급배관(360)으로부터 분지되고 상기 지열저장열교환기(370)와 연결되며 상기 열원측 공급배관(360)으로부터의 분지 지점에 상기 우회삼방밸브(302)가 설치되어, 상기 열원측 공급배관(360)을 따라 유동되던 상기 지열교환매체가 상기 우회삼방밸브(302)의 조절에 의해 상기 지열저장열교환기(370)로 유동되도록 하는 것이다.

상기 탱크 합지배관(364)은 상기 지열저장열교환기(370)로부터 연장되고 상기 열원측 공급배관(360) 중 상기 탱크 분지배관(362)과 상기 지열히트펌프(340) 사이 부분에 연결되어, 상기 지열저장열교환기(370)를 경유한 상기 지열교환매체가 상기 열원측 공급배관(360) 쪽으로 유동되도록 하는 것이다.

상기 지열저장 공급배관(368)은 상기 지열저장열교환기(370)로부터 연장되고 상기 지열저장탱크(320)와 연결되어, 상기 지열저장열교환기(370)에서 상기 지열교환매체와 열교환된 상기 지열저장 순환매체가 상기 지열저장탱크(320)로 유동되도록 하는 것이다.

상기 지열저장 공급배관(368) 상에는, 상기 지열저장 순환매체가 상기 지열저장열교환기(370)로부터 상기 지열저장탱크(320) 쪽으로 유동되도록 하기 위한 지열저장펌프(305)가 설치된다.

상기 지열저장 환수배관(369)은 상기 지열저장탱크(320)로부터 연장되고 상기 지열저장열교환기(370)와 연결되어, 상기 지열저장탱크(320)를 경유한 상기 지열저장 순환매체가 상기 지열저장열교환기(370) 쪽으로 유동되도록 하는 것이다.

상기 열원측 우회배관(365)은 상기 열원측 공급배관(360) 중 상기 탱크 합지배관(364)과 상기 지열히트펌프(340)의 상기 열원측 열교환기(342) 사이 부분과 상기 열원측 환수배관(361)을 연결하는 것이다.

상기 열원측 우회배관(365)은 상기 탱크 합지배관(364)에 비해 상기 열원측 열교환기(342)에 상대적으로 더 근접되는 위치에 배치된다.

상기 열원삼방밸브(303)는 상기 열원측 공급배관(360)으로부터 상기 열원측 우회배관(365)이 분지되는 부분에 설치되어, 상기 열원측 우회배관(365)으로의 상기 지열교환매체의 유동을 제어한다.

상기 열원삼방밸브(303)가 상기 열원측 우회배관(365)을 닫은 상태이면, 상기 열원측 공급배관(360)을 통해 유동된 상기 지열교환매체가 모두 상기 열원측 열교환기(342)로 유동되어 열교환되고, 상기 열원삼방밸브(303)가 상기 열원측 우회배관(365)을 열게 되면, 상기 열원삼방밸브(303)의 개도에 따라, 상기 열원측 공급배관(360)을 통해 유동된 상기 지열교환매체 중 적어도 일부가 상기 열원측 우회배관(365)을 통해 유동된 다음 상기 열원측 열교환기(342)를 거치지 않고 바로 상기 열원측 환수배관(361)을 통해 상기 지중열교환부재(310) 쪽으로 유동될 수 있게 된다.

본 실시예에서는, 상기 지열저장탱크(320)가 상기 지열저장열교환기(370)를 통해 상기 지중열교환부재(310)의 출구 측인 상기 열원측 공급배관(360) 쪽에만 연결되고, 상기 열원측 환수배관(361) 쪽에는 미연결되고, 그에 따라 상기 지중과 상기 지열저장탱크(320)라는 두 개의 열원이 직렬로 연결되어, 상기 지열교환매체가 상기 지중과 상기 지열저장탱크(320) 쪽을 직렬로 경유하면서 두 번의 열교환을 하게 됨으로써, 열원이 확장된 형태가 될 수 있다.

상기 실내유닛(350)은 상기 지열히트펌프(340)에서 상기 지열교환매체와 열교환된 상기 냉매의 열기 또는 냉기에 의해 상기 수요처에 냉난방을 공급하는 것이다.

본 실시예에서는, 상기 지열히트펌프(340)의 상기 부하측 열교환기(343)와 상기 실내유닛(350)이 상기 부하측 공급배관(366)과 상기 부하측 환수배관(367)에 의해 순환하는 구조로 연결되고, 상기 부하측 공급배관(366)과 상기 부하측 환수배관(367)을 통해 물 등의 부하측 순환매체가 순환되는 구조를 이룬다.

상기 부하측 공급배관(366)은 상기 지열히트펌프(340)의 상기 부하측 열교환기(343)와 상기 실내유닛(350)을 연결하여, 상기 지열히트펌프(340)의 상기 부하측 열교환기(343)를 경유하면서 상기 냉매와 열교환된 상기 부하측 순환매체가 상기 지열히트펌프(340)의 상기 부하측 열교환기(343)로부터 상기 실내유닛(350)으로 유동되도록 하는 것이다.

상기 부하측 공급배관(366) 상에는, 상기 부하측 순환매체가 상기 지열히트펌프(340)의 상기 부하측 열교환기(343)로부터 상기 실내유닛(350) 쪽으로 유동되도록 하기 위한 부하 펌프(304)가 설치된다.

상기 부하측 환수배관(367)은 상기 실내유닛(350)과 상기 지열히트펌프(340)의 상기 부하측 열교환기(343)를 연결하여, 상기 부하측 공급배관(366)을 통해 유동되어 상기 실내유닛(350)을 경유하면서 상기 수요처에 냉난방을 제공한 상기 부하측 순환매체가 상기 실내유닛(350)으로부터 상기 지열히트펌프(340)의 상기 부하측 열교환기(343)로 유동되도록 하는 것이다

이하에서는 도면을 참조하여 본 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(300)의 작동에 대하여 설명한다.

먼저, 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(300)에서의 하절기 냉방운전에 대하여 설명한다.

상기 냉수 생산 및 저장 운전은 하루 중 상기 수요처에 대한 냉방이 행해지지 않는 여유 시간대에, 상기 부하 펌프(304)가 정지되어 부하 측에서는 운전이 행해지지 않으면서, 약 15℃의 상기 지중과 상기 지열저장탱크(320) 내부를 1℃ 이내의 온도 편차로 균등하게 맞추는 운전이다.

상기 냉수 생산 및 저장 운전 중에는 상기 지열히트펌프(340)의 작동은 중지된다.

상세히, 상기 열원삼방밸브(303)가 상기 지열히트펌프(340)의 상기 열원측 열교환기(342) 쪽을 모두 닫고 상기 열원측 우회배관(365)을 모두 연 상태에서, 상기 열원 펌프(301)가 작동되면, 상기 지열교환매체가 상기 열원삼방밸브(303) 및 상기 열원측 우회배관(365)을 경유한 다음 상기 열원측 환수배관(361)을 통해 상기 지중열교환부재(310)로 향하게 된다.

상기와 같은 상기 지열교환매체는 상기 지중열교환부재(310)에서 상기 지중과 열교환되면서 냉각된 상태로, 상기 열원측 공급배관(360)을 통해 상승된다.

상기 우회삼방밸브(302)는 상기 열원측 공급배관(360) 중 상기 열원측 열교환기(342) 쪽을 모두 닫고 상기 탱크 분지배관(362) 쪽을 모두 연 상태여서, 상기 열원측 공급배관(360)을 통해 상승되던 상기 지열교환매체는 상기 탱크 분지배관(362)을 통해 상기 지열저장열교환기(370)를 경유하게 되면서, 상기 지열저장열교환기(370)에서 상기 지열저장 순환매체와 열교환되어 상기 지열저장 순환매체를 냉각시킨 다음, 상기 탱크 합지배관(364) 및 상기 열원측 공급배관(360)을 통해 상기 열원 펌프(301) 쪽으로 유동되면서, 순환하게 된다.

상기 지열저장펌프(305)의 작동에 따라, 상기 지열저장열교환기(370)에서 상기 지열교환매체와 열교환되면서 냉각된 상기 지열저장 순환매체는 상기 지열저장 공급배관(368)을 통해 상기 지열저장탱크(320)에 수용되고, 상기 지열저장탱크(320)에 수용되어 있던 상대적인 고온의 상기 지열저장 순환매체가 상기 지열저장 환수배관(369)을 통해 상기 지열저장열교환기(370)로 향하면서, 상기 지열저장 순환매체가 상기 지열저장열교환기(370)와 상기 지열저장탱크(320) 사이를 순환하게 되고, 그러한 순환 과정 중에 상기 지열교환매체와 열교환되면서 냉각될 수 있게 된다.

여기서, 상기 지열히트펌프(340)의 가동 없이도, 상기 열원 펌프(301)의 저전력 상태의 운전만으로도, 상기 지열저장탱크(320) 내의 물(여름철 시수 온도는 보통 25℃ 내외)을 상기 지중의 온도(평균 약 15℃)의 수준에 가깝게 냉각시킬 수 있다.

또한, 상기 온도 센서에 의해 상기 지열저장탱크(320) 내의 물의 온도가 15 + 1℃에 도달되면, 상기 열원 펌프(301)의 작동이 중지되면서, 상기 냉수 생산 및 저장 운전이 중지된다.

상세히, 부하 측에서는, 상기 부하 펌프(304)가 작동되면, 상기 부하측 순환매체가 증발기로 기능하게 되는 상기 부하측 열교환기(343)를 경유하면서 상기 지열히트펌프(340)의 내부를 순환하는 상기 냉매와 열교환되어, 냉각된다.

상기와 같이 냉각된 상기 부하측 순환매체가 상기 부하측 공급배관(366)을 통해 상기 실내유닛(350)으로 공급되어, 상기 실내유닛(350)을 경유하는 동안 상기 수요처에 대해 냉방을 제공하면서, 상기 수요처의 열기를 흡수한다.

상기 수요처의 열기를 흡수한 상기 부하측 순환매체가 상기 부하측 환수배관(367)을 통해 유동된 다음, 상기 지열히트펌프(340)의 상기 부하측 열교환기(343)로 유입되면서, 순환하게 된다.

상기 부하측 열교환기(343)에서 상기 부하측 순환매체의 열기를 흡수한 상기 냉매는 상기 지열히트펌프(340)의 내부를 순환한 다음, 상기 열원측 열교환기(342)를 경유하게 되면서, 응축기로 기능하게 되는 상기 열원측 열교환기(342)에서 열기를 상기 지열교환매체로 전달한다.

한편, 열원 측에서는, 상기 열원삼방밸브(303)가 상기 지열히트펌프(340)의 상기 열원측 열교환기(342) 쪽을 모두 열고 상기 열원측 우회배관(365)을 모두 닫은 상태에서, 상기 열원 펌프(301)가 작동되면, 상기 지열교환매체가 상기 지열히트펌프(340)의 상기 열원측 열교환기(342)를 경유하면서 상기 지열히트펌프(340)의 내부를 순환하는 상기 냉매와 열교환되어, 상기 냉매의 열기를 상기 지열교환매체가 흡수한다.

상기와 같이 열교환된 상기 지열교환매체는 상기 열원측 환수배관(361)을 통해 상기 지중열교환부재(310)로 향하게 된다.

이 때, 상기 우회삼방밸브(302)는 상기 열원측 공급배관(360) 중 상기 열원측 열교환기(342) 쪽을 모두 열고 상기 탱크 분지배관(362) 쪽을 모두 닫은 상태여서, 상기 지열교환매체는 상기 지열저장열교환기(370)를 경유하지 아니하고, 곧바로 상기 열원측 공급배관(360)을 통해 상승되어, 상기 열원측 열교환기(342)로 유동되면서, 순환하게 된다.

즉, 상기 부하 펌프(304)의 작동에 따라, 상기 부하측 순환매체가 상기 지열히트펌프(340)의 상기 부하측 열교환기(343), 상기 부하측 공급배관(366), 상기 실내유닛(350), 상기 부하측 환수배관(367) 및 상기 지열히트펌프(340)의 상기 부하측 열교환기(343)를 순차적으로 경유하면서 순환된다.

상기와 같은 상기 지열교환매체는 첫번째 열원인 상기 지중열교환부재(310)에서 상기 지중과 열교환되면서 냉각된 상태로, 상기 열원측 공급배관(360)을 통해 상승된다.

이 때, 상기 우회삼방밸브(302)는 상기 열원측 공급배관(360) 중 상기 열원측 열교환기(342) 쪽을 모두 닫고 상기 탱크 분지배관(362) 쪽을 모두 연 상태여서, 상기 지열교환매체는 상기 우회삼방밸브(302) 및 상기 탱크 분지배관(362)을 통해 유동된 다음, 상기 지열저장열교환기(370)를 경유하면서, 상기 지중열교환부재(310)와 직렬 연결된 두번째 열원인 상기 지열저장탱크(320)와 상기 지열저장열교환기(370)를 통해 열교환된다.

여기서, 상기 지열교환매체가 상기 지열저장탱크(320)와 상기 지열저장열교환기(370)를 통해 열교환된다는 것은 상기 지열저장펌프(305)의 작동에 따라 상기 지열저장 순환매체가 상기 지열저장탱크(320)와 상기 지열저장열교환기(370) 사이를 순환하고, 그러한 상기 지열저장 순환매체와 상기 지열교환매체가 상기 지열저장열교환기(370)에서 열교환된다는 것을 말한다.

상기 지열저장열교환기(370)를 통해 상기 지열저장탱크(320)와 열교환되면서 다시 한번 더 냉각된 상기 지열교환매체는 상기 탱크 합지배관(364) 및 상기 열원측 공급배관(360)을 순차적으로 거쳐 상기 지열히트펌프(340)의 상기 열원측 열교환기(342)로 유동되면서, 순환하게 된다.

여기서, 상기 지중의 평균 온도는 상기 피크부하 시간대 냉방운전의 초기에는 약 15℃이고, 냉방을 진행할수록 약 25℃ 정도까지 상승하게 되고, 상기 지열교환매체는 상기 지열히트펌프(340)의 상기 열원측 열교환기(342)에 의해 30 내지 35℃까지 온도 상승되었다가, 상기 지중과 열교환되면서 1차적으로 냉각되고, 상기 지열저장탱크(320)와 상기 지열저장열교환기(370)를 통해 열교환되면서 2차적으로 한 차례 더 냉각되어짐으로써, 상기 피크부하 시간대 냉방운전 시에는 열원이 상기 지중과 상기 지열저장탱크(320)의 두 가지로 확장된다. 그러면, 지중열이 부족해지기 쉬운 상기 피크부하 시간대 냉방운전(예를 들어, 여름철 약 16시 내지 18시)에 그 확장된 열원에 의해 상기 지열 히트 펌프의 응축기로 기능하는 상기 열원측 열교환기(342)의 방열이 원활하게 잘 이루어질 수 있게 되고, 그에 따라 상기 지열히트펌프(340)의 효율(성적계수)이 상승하여, 에너지 절감이 가능해지고, 상기 지열히트펌프(340)의 소비전력 하락에 따라 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(300)가 적용되는 건축물의 첨두부하 삭감이 가능해지고, 응축기로 기능하는 상기 열원측 열교환기(342)의 원활한 방열에 따라 냉방성능이 커져서, 상기 지열히트펌프(340)의 장비용량의 축소가 가능해진다.

한편, 상기 보충 배관(130) 및 상기 필터링 부재(131)를 통해 상기 지열저장탱크(320)의 상부로 폐수, 강수, 시수(약 15 내지 20℃) 등의 다양한 상기 외부 보충수를 필터링하면서 지속적으로 공급해줌과 함께, 상기 드레인 배관(132)을 통해 상기 지열저장탱크(320) 내의 물을 조금씩 연속적으로 드레인해주면, 상기 지열저장탱크(320) 내의 물의 상대적으로 낮은 온도를 더 오랫동안 유지 가능하게 되어, 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(300)의 작동 효율이 더욱 향상될 수 있게 된다.

이하에서는, 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(300)에서의 동절기 난방운전에 대하여 설명한다.

상기 온수 생산 및 저장 운전은 하루 중 상기 수요처에 대한 난방이 행해지지 않는 여유 시간대에, 상기 부하 펌프(304)가 정지되어 부하 측에서는 운전이 행해지지 않으면서, 약 15℃의 상기 지중과 상기 지열저장탱크(320) 내부를 1℃ 이내의 온도 편차로 균등하게 맞추는 운전이다.

상기 온수 생산 및 저장 운전 중에는 상기 지열히트펌프(340)의 작동은 중지된다.

상기와 같은 상기 지열교환매체는 상기 지중열교환부재(310)에서 상기 지중과 열교환되면서 승온된 상태로, 상기 열원측 공급배관(360)을 통해 상승된다.

상기 우회삼방밸브(302)는 상기 열원측 공급배관(360) 중 상기 열원측 열교환기(342) 쪽을 모두 닫고 상기 탱크 분지배관(362) 쪽을 모두 연 상태여서, 상기 열원측 공급배관(360)을 통해 상승되던 상기 지열교환매체는 상기 탱크 분지배관(362)을 통해 상기 지열저장열교환기(370)를 경유하게 되면서, 상기 지열저장열교환기(370)에서 상기 지열저장 순환매체와 열교환되어 상기 지열저장 순환매체를 승온시킨 다음, 상기 탱크 합지배관(364) 및 상기 열원측 공급배관(360)을 통해 상기 열원 펌프(301) 쪽으로 유동되면서, 순환하게 된다.

상기 지열저장펌프(305)의 작동에 따라, 상기 지열저장열교환기(370)에서 상기 지열교환매체와 열교환되면서 승온된 상기 지열저장 순환매체는 상기 지열저장 공급배관(368)을 통해 상기 지열저장탱크(320)에 수용되고, 상기 지열저장탱크(320)에 수용되어 있던 상대적인 저온의 상기 지열저장 순환매체가 상기 지열저장 환수배관(369)을 통해 상기 지열저장열교환기(370)로 향하면서, 상기 지열저장 순환매체가 상기 지열저장열교환기(370)와 상기 지열저장탱크(320) 사이를 순환하게 되고, 그러한 순환 과정 중에 상기 지열교환매체와 열교환되면서 승온될 수 있게 된다.

여기서, 상기 지열히트펌프(340)의 가동 없이도, 상기 열원 펌프(301)의 저전력 상태의 운전만으로도, 상기 지열저장탱크(320) 내의 물(겨울철 시수 온도는 보통 5℃ 내외)을 상기 지중의 온도(평균 약 15℃)의 수준에 가깝게 승온시킬 수 있다.

또한, 상기 온도 센서에 의해 상기 지열저장탱크(320) 내의 물의 온도가 15 - 1℃에 도달되면, 상기 열원 펌프(301)의 작동이 중지되면서, 상기 온수 생산 및 저장 운전이 중지된다.

상세히, 부하 측에서는, 상기 부하 펌프(304)가 작동되면, 상기 부하측 순환매체가 응축기로 기능하게 되는 상기 부하측 열교환기(343)를 경유하면서 상기 지열히트펌프(340)의 내부를 순환하는 상기 냉매와 열교환되어, 승온된다.

상기와 같이 승온된 상기 부하측 순환매체가 상기 부하측 공급배관(366)을 통해 상기 실내유닛(350)으로 공급되어, 상기 실내유닛(350)을 경유하는 동안 상기 수요처에 대해 난방을 제공하면서, 상기 수요처로 열기를 공급한다.

상기 수요처로 열기를 공급한 상기 부하측 순환매체가 상기 부하측 환수배관(367)을 통해 유동된 다음, 상기 지열히트펌프(340)의 상기 부하측 열교환기(343)로 유입되면서, 순환하게 된다.

상기 부하측 열교환기(343)에서 상기 부하측 순환매체로 열기를 방출한 상기 냉매는 상기 지열히트펌프(340)의 내부를 순환한 다음, 상기 열원측 열교환기(342)를 경유하게 되면서, 증발기로 기능하게 되는 상기 열원측 열교환기(342)에서 상기 지열교환매체로부터 열기를 흡수한다.

한편, 열원 측에서는, 상기 열원삼방밸브(303)가 상기 지열히트펌프(340)의 상기 열원측 열교환기(342) 쪽을 모두 열고 상기 열원측 우회배관(365)을 모두 닫은 상태에서, 상기 열원 펌프(301)가 작동되면, 상기 지열교환매체가 상기 지열히트펌프(340)의 상기 열원측 열교환기(342)를 경유하면서 상기 지열히트펌프(340)의 내부를 순환하는 상기 냉매와 열교환되어, 상기 지열교환매체의 열기가 상기 냉매 쪽으로 전달된다.

한편, 열원 측에서는, 상기 열원삼방밸브(303)가 상기 지열히트펌프(340)의 상기 열원측 열교환기(342) 쪽을 모두 열고 상기 열원측 우회배관(365)을 모두 닫은 상태에서, 상기 열원 펌프(301)가 작동되면, 상기 지열교환매체가 상기 지열히트펌프(340)의 상기 열원측 열교환기(342)를 경유하면서 상기 지열히트펌프(340)의 내부를 순환하는 상기 냉매와 열교환되어, 상기 지열교환매체의 열기가 상기 냉매로 전달된다.

상기와 같은 상기 지열교환매체는 첫번째 열원인 상기 지중열교환부재(310)에서 상기 지중과 열교환되면서 승온된 상태로, 상기 열원측 공급배관(360)을 통해 상승된다.

이 때, 상기 우회삼방밸브(302)는 상기 열원측 공급배관(360) 중 상기 열원측 열교환기(342) 쪽을 모두 닫고 상기 탱크 분지배관(362) 쪽을 모두 연 상태여서, 상기 열원측 공급배관(360)을 통해 상승되던 상기 지열교환매체는 상기 탱크 분지배관(362)을 통해 상기 지열저장열교환기(370)를 경유하게 되면서, 상기 지열저장열교환기(370)에서 상기 지열저장 순환매체와 열교환되어 상기 지열저장 순환매체로부터 열기를 받아 다시 한번 더 승온된 다음, 상기 탱크 합지배관(364) 및 상기 열원측 공급배관(360)을 통해 상기 열원 펌프(301) 쪽으로 유동되면서, 순환하게 된다.

상기 지열저장펌프(305)의 작동에 따라, 상기 지열저장탱크(320)에 저장되어 있던 열기가 상기 지열저장 순환매체에 의해 상기 지열저장열교환기(370)로 지속적으로 전달될 수 있게 된다.

상기 지열교환매체는 상기 우회삼방밸브(302) 및 상기 탱크 분지배관(362)을 통해 유동된 다음, 상기 지중열교환부재(310)와 직렬 연결된 두번째 열원인 상기 지열저장탱크(320)를 상기 지열저장열교환기(370)를 통해 경유하게 된다.

상기 지열저장열교환기(370)를 통해 상기 지열저장탱크(320)와 열교환되면서 다시 한번 더 승온된 상기 지열교환매체는 상기 탱크 합지배관(364) 및 상기 열원측 공급배관(360)을 순차적으로 거쳐 상기 지열히트펌프(340)의 상기 열원측 열교환기(342)로 유동되면서, 순환하게 된다.

여기서, 상기 지중의 평균 온도는 상기 피크부하 시간대 난방운전의 초기에는 약 15℃이고, 난방을 진행할수록 약 5℃ 정도까지 하강하게 되고, 상기 지열교환매체는 상기 지열히트펌프(340)의 상기 열원측 열교환기(342)에 의해 매우 낮은 온도인 0 내지 2℃까지 하강되었다가, 상기 지중과 열교환되면서 1차적으로 승온되고, 상기 지열저장탱크(320)와 상기 지열저장열교환기(370)를 통해 열교환되면서 2차적으로 한 차례 더 승온되어짐으로써, 상기 피크부하 시간대 난방운전 시에는 열원이 상기 지중과 상기 지열저장탱크(320)의 두 가지로 확장된다. 그러면, 지중열이 부족해지기 쉬운 상기 피크부하 시간대 난방운전(예를 들어, 겨울철 약 13시 내지 15시)에 그 확장된 열원에 의해 상기 지열 히트 펌프의 증발기로 기능하는 상기 열원측 열교환기(342)의 흡열이 원활하게 잘 이루어질 수 있게 되고, 그에 따라 상기 지열히트펌프(340)의 효율(성적계수)이 상승하여, 에너지 절감이 가능해지고, 상기 지열히트펌프(340)의 소비전력 하락에 따라 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(300)가 적용되는 건축물의 첨두부하 삭감이 가능해지고, 증발기로 기능하는 상기 열원측 열교환기(342)의 원활한 흡열에 따라 난방성능이 커져서, 상기 지열히트펌프(340)의 장비용량의 축소가 가능해진다.

한편, 상기 보충 배관(130) 및 상기 필터링 부재(131)를 통해 상기 지열저장탱크(320)의 상부로 폐수, 강수, 시수(약 5 내지 10℃) 등의 다양한 상기 외부 보충수를 필터링하면서 지속적으로 공급해줌과 함께, 상기 드레인 배관(132)을 통해 상기 지열저장탱크(320) 내의 물을 조금씩 연속적으로 드레인해주면, 상기 지열저장탱크(320) 내의 물의 상대적으로 높은 온도를 더 오랫동안 유지 가능하게 되어, 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(300)의 작동 효율이 더욱 향상될 수 있게 된다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 제 4 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치에 대하여 설명한다. 이러한 설명을 수행함에 있어서, 상기된 본 발명의 제 1 실시예 및 제 3 실시예에서 이미 기재된 내용과 중복되는 설명은 그에 갈음하고, 여기서는 생략하기로 한다.

도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치의 구성을 보이는 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(400)의 구성 및 작동은 아래 추가로 설명된 부분을 제외하고는, 상기된 제 3 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(300)의 구성 및 작동과 동일하므로, 그 중복되는 설명은 그에 갈음하고 여기서는 생략하기로 한다.

상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(400)는 부하측 공급배관(466) 및 부하측 환수배관(467)을 포함하되, 상기 부하측 공급배관(466) 및 상기 부하측 환수배관(467)이 물 배관이 아닌 냉매 배관이고, 그에 따라 상기 지열히트펌프(440)에는 부하측 열교환기가 없고, 상기 부하측 공급배관(466)에는 부하 펌프가 없으며, 상기 부하측 공급배관(466)에는 팽창밸브(455)가 설치된다.

상기 부하측 공급배관(466)은 지열히트펌프(440)와 실내유닛(450)을 연결하여, 상기 지열히트펌프(440)의 열원측 열교환기(442)에서 지열교환매체와 열교환된 냉매가 상기 지열히트펌프(440)로부터 상기 실내유닛(450)으로 직접 유동되도록 하는 것이다.

상기 부하측 환수배관(467)은 상기 실내유닛(450)과 상기 지열히트펌프(440)를 연결하여, 상기 부하측 공급배관(466)을 통해 유동되어 상기 실내유닛(450)을 직접 경유하면서 수요처에 냉난방을 제공한 상기 냉매가 상기 실내유닛(450)으로부터 상기 지열히트펌프(440)로 유동되도록 하는 것이다.

상기와 같이 구성되면, 상기 지열히트펌프(440)에서 생산된 상대적으로 차가운 상기 냉매(여름철 냉방시) 또는 상대적으로 뜨거운 상기 냉매(겨울철 난방시)가 상기 부하측 공급배관(466) 및 상기 팽창밸브(455)를 경유한 다음 상기 실내유닛(450)과 직접 열교환을 이루는 형태가 된다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 제 5 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치에 대하여 설명한다. 이러한 설명을 수행함에 있어서, 상기된 본 발명의 제 1 실시예 및 제 3 실시예에서 이미 기재된 내용과 중복되는 설명은 그에 갈음하고, 여기서는 생략하기로 한다.

도 6은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치의 구성을 보이는 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(500)는 지중열교환부재(510)와, 지열히트펌프(540)와, 지열저장탱크(520)와, 우회삼방밸브(502)와, 실내유닛(550)과, 부하측 공급배관(566)과, 부하측 환수배관(567)과, 부하측 우회공급배관(580)과, 부하삼방밸브(582)와, 부하측 우회환수배관(581)을 포함한다.

또한, 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(500)는 열원측 공급배관(560)과, 열원측 환수배관(561)과, 탱크 분지배관(562)과, 탱크 합지배관(564)과, 지열저장 공급배관(568)과, 지열저장 환수배관(569)과, 열원측 우회배관(565)과, 열원삼방밸브(503)를 더 포함한다.

상기 지중열교환부재(510)는 지중과 지열교환매체가 열교환되는 것으로, 일반적인 지중 매설 지열교환파이프가 그 예로 제시될 수 있고, 개방형, 밀폐형 모두 해당될 수 있다.

상기 지열교환매체로는 물이 제시될 수 있다.

상기 지열히트펌프(540)는 상기 지중열교환부재(510)를 경유하면서 상기 지중과 열교환된 상기 지열교환매체가 경유되면서, 냉매와 열교환되는 것이다.

상기 지열히트펌프(540)는 펌프 케이스(141) 내부에 열원측 열교환기(542)와, 부하측 열교환기(543)가 내삽된 것이다.

상기 지열히트펌프(540)의 상기 펌프 케이스(141)의 내부에는 압축기, 팽창 밸브가 더 구비되어, 상기 압축기, 상기 열원측 열교환기(542), 상기 팽창 밸브 및 상기 부하측 열교환기(543)가 냉동사이클을 이루고, 상기 압축기, 상기 열원측 열교환기(542), 상기 팽창 밸브 및 상기 부하측 열교환기(543)를 상기 냉매가 순환하는 것이고, 수요처에 대한 냉난방 전환을 위하여, 상기 지열히트펌프(540) 내부에서의 상기 냉매의 순환 방향은 전환될 수 있다.

상기 수요처에 대해 냉방을 제공하는 경우, 상기 열원측 열교환기(542)가 응축기로 기능하고, 상기 부하측 열교환기(543)가 증발기로 기능하며, 상기 수요처에 대해 난방을 제공하는 경우, 상기 열원측 열교환기(542)는 증발기로 기능하고, 상기 부하측 열교환기(543)는 응축기로 기능할 수 있는데, 이러한 상기 지열히트펌프(540)의 작동은 일반적인 히트펌프의 작동과 동일하므로, 여기서는 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

상기 지열저장탱크(520)는 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재(510)로부터 상기 지열히트펌프(540)로 유동되는 경로 상에 상기 지열저장열교환기(570)를 사이에 두고 직렬로 연결되어, 상기 지중열교환부재(510)로부터 상기 지열히트펌프(540)로 향하던 상기 지열교환매체에 함유되어 있던 지열 중 일부가 저장될 수 있는 것이다.

도면 번호 530은 폐수, 강수, 시수 등 다양한 외부 보충수가 상기 지열저장탱크(520)로 보충될 수 있는 보충 배관이고, 도면 번호 531은 상기 보충 배관(530)을 통해 유입되는 상기 외부 보충수를 필터링할 수 있는 필터링 부재이다.

도면 번호 534는 상기 지열저장탱크(520)의 측면 또는 상부에 부착되어, 상기 지열저장탱크(520)의 내부 온도를 감지할 수 있는 온도 센서이다.

상기 지열저장열교환기(570)는 상기 우회삼방밸브(502)와 상기 지열저장탱크(520) 사이에 배치되는 것이다.

상기 지열저장탱크(520)와 상기 지열저장열교환기(570) 사이에서는 물 등의 지열저장 순환매체가 순환되고, 상기 지열저장 순환매체가 상기 우회삼방밸브(502)에 의해 상기 지열저장열교환기(570) 쪽으로 유동된 상기 지열교환매체와 열교환되면서, 상기 지열저장탱크(520)에 열기 또는 냉기가 저장된다.

상기 우회삼방밸브(502)는 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재(510)로부터 상기 지열히트펌프(540)로 유동되던 중에 상기 지열저장탱크(520) 쪽으로 경유될지 여부를 조절할 수 있는 것이다.

상기 우회삼방밸브(502)는 상기 열원측 공급배관(560)으로부터 상기 탱크 분지배관(562)이 분지되는 부분에 설치되어, 상기 탱크 분지배관(562)으로의 상기 지열교환매체의 유동을 제어한다.

상기 우회삼방밸브(502)가 상기 탱크 분지배관(562)을 닫은 상태이면, 상기 지중열교환부재(510)로부터 상기 열원측 공급배관(560)을 통해 유동된 상기 지열교환매체가 모두 상기 열원측 공급배관(560)을 통해 유동을 지속하여 상기 열원측 열교환기(542)로 유동되어 열교환되고, 상기 우회삼방밸브(502)가 상기 탱크 분지배관(562)을 열게 되면, 상기 우회삼방밸브(502)의 개도에 따라, 상기 열원측 공급배관(560)을 통해 유동된 상기 지열교환매체 중 적어도 일부가 상기 탱크 분지배관(562)을 통해 유동될 수 있게 된다.

상기 열원측 공급배관(560)은 상기 지중열교환부재(510)와 상기 지열히트펌프(540)의 상기 열원측 열교환기(542)를 연결하여, 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재(510)로부터 상기 지열히트펌프(540)의 상기 열원측 열교환기(542) 쪽으로 유동되도록 하는 것이다

상기 열원측 공급배관(560) 상에는, 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재(510)로부터 상기 지열히트펌프(540)의 상기 열원측 열교환기(542) 쪽으로 유동되도록 하기 위한 열원 펌프(501)가 설치된다.

상기 열원측 환수배관(561)은 상기 지열히트펌프(540)의 상기 열원측 열교환기(542)와 상기 지중열교환부재(510)를 연결하여, 상기 열원측 공급배관(560)을 통해 유동되어 상기 지열히트펌프(540)의 상기 열원측 열교환기(542)에서 상기 냉매와 열교환된 상기 지열교환매체가 상기 지열히트펌프(540)의 상기 열원측 열교환기(542)로부터 상기 지중열교환부재(510)로 유동되도록 하는 것이다.

상기 열원측 공급배관(560)과 상기 열원측 환수배관(561)에 의해, 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재(510)와 상기 열원측 열교환기(542) 사이를 순환할 수 있게 된다.

상기 탱크 분지배관(562)은 상기 열원측 공급배관(560)으로부터 분지되고 상기 지열저장열교환기(570)와 연결되며 상기 열원측 공급배관(560)으로부터의 분지 지점에 상기 우회삼방밸브(502)가 설치되어, 상기 열원측 공급배관(560)을 따라 유동되던 상기 지열교환매체가 상기 우회삼방밸브(502)의 조절에 의해 상기 지열저장열교환기(570)로 유동되도록 하는 것이다.

상기 탱크 합지배관(564)은 상기 지열저장열교환기(570)로부터 연장되고 상기 열원측 공급배관(560) 중 상기 탱크 분지배관(562)과 상기 지열히트펌프(540) 사이 부분에 연결되어, 상기 지열저장열교환기(570)를 경유한 상기 지열교환매체가 상기 열원측 공급배관(560) 쪽으로 유동되도록 하는 것이다.

상기 지열저장 공급배관(568)은 상기 지열저장열교환기(570)로부터 연장되고 상기 지열저장탱크(520)와 연결되어, 상기 지열저장열교환기(570)에서 상기 지열교환매체와 열교환된 상기 지열저장 순환매체가 상기 지열저장탱크(520)로 유동되도록 하는 것이다.

상기 지열저장 공급배관(568) 상에는, 상기 지열저장 순환매체가 상기 지열저장열교환기(570)로부터 상기 지열저장탱크(520) 쪽으로 유동되도록 하기 위한 지열저장펌프(505)가 설치된다.

상기 지열저장 환수배관(569)은 상기 지열저장탱크(520)로부터 연장되고 상기 지열저장열교환기(570)와 연결되어, 상기 지열저장탱크(520)를 경유한 상기 지열저장 순환매체가 상기 지열저장열교환기(570) 쪽으로 유동되도록 하는 것이다.

상기 열원측 우회배관(565)은 상기 열원측 공급배관(560) 중 상기 탱크 합지배관(564)과 상기 지열히트펌프(540)의 상기 열원측 열교환기(542) 사이 부분과 상기 열원측 환수배관(561)을 연결하는 것이다.

상기 열원측 우회배관(565)은 상기 탱크 합지배관(564)에 비해 상기 열원측 열교환기(542)에 상대적으로 더 근접되는 위치에 배치된다.

상기 열원삼방밸브(503)는 상기 열원측 공급배관(560)으로부터 상기 열원측 우회배관(565)이 분지되는 부분에 설치되어, 상기 열원측 우회배관(565)으로의 상기 지열교환매체의 유동을 제어한다.

상기 열원삼방밸브(503)가 상기 열원측 우회배관(565)을 닫은 상태이면, 상기 열원측 공급배관(560)을 통해 유동된 상기 지열교환매체가 모두 상기 열원측 열교환기(542)로 유동되어 열교환되고, 상기 열원삼방밸브(503)가 상기 열원측 우회배관(565)을 열게 되면, 상기 열원삼방밸브(503)의 개도에 따라, 상기 열원측 공급배관(560)을 통해 유동된 상기 지열교환매체 중 적어도 일부가 상기 열원측 우회배관(565)을 통해 유동된 다음 상기 열원측 열교환기(542)를 거치지 않고 바로 상기 열원측 환수배관(561)을 통해 상기 지중열교환부재(510) 쪽으로 유동될 수 있게 된다.

본 실시예에서는, 상기 지열저장탱크(520)가 상기 지열저장열교환기(570)를 통해 상기 지중열교환부재(510)의 출구 측인 상기 열원측 공급배관(560) 쪽에만 연결되고, 상기 열원측 환수배관(561) 쪽에는 미연결되고, 그에 따라 상기 지중과 상기 지열저장탱크(520)라는 두 개의 열원이 직렬로 연결되어, 상기 지열교환매체가 상기 지중과 상기 지열저장탱크(520) 쪽을 직렬로 경유하면서 두 번의 열교환을 하게 됨으로써, 열원이 확장된 형태가 될 수 있다.

상기 실내유닛(550)은 상기 지열히트펌프(540)에서 상기 지열교환매체와 열교환된 상기 냉매의 열기 또는 냉기에 의해 상기 수요처에 냉난방을 공급하는 것이다.

본 실시예에서는, 상기 지열히트펌프(540)의 상기 부하측 열교환기(543)와 상기 실내유닛(550)이 상기 부하측 공급배관(566)과 상기 부하측 환수배관(567)에 의해 순환하는 구조로 연결되고, 상기 부하측 공급배관(566)과 상기 부하측 환수배관(567)을 통해 물 등의 부하측 순환매체가 순환되는 구조를 이룬다.

상기 부하측 공급배관(566)은 상기 지열히트펌프(540)의 상기 부하측 열교환기(543)와 상기 실내유닛(550)을 연결하여, 상기 지열히트펌프(540)의 상기 부하측 열교환기(543)를 경유하면서 상기 냉매와 열교환된 상기 부하측 순환매체가 상기 지열히트펌프(540)의 상기 부하측 열교환기(543)로부터 상기 실내유닛(550)으로 유동되도록 하는 것이다.

상기 부하측 공급배관(566) 상에는, 상기 부하측 순환매체가 상기 지열히트펌프(540)의 상기 부하측 열교환기(543)로부터 상기 실내유닛(550) 쪽으로 유동되도록 하기 위한 부하 펌프(504)가 설치된다.

상기 부하측 환수배관(567)은 상기 실내유닛(550)과 상기 지열히트펌프(540)의 상기 부하측 열교환기(543)를 연결하여, 상기 부하측 공급배관(566)을 통해 유동되어 상기 실내유닛(550)을 경유하면서 상기 수요처에 냉난방을 제공한 상기 부하측 순환매체가 상기 실내유닛(550)으로부터 상기 지열히트펌프(540)의 상기 부하측 열교환기(543)로 유동되도록 하는 것이다

상기 부하측 우회공급배관(580)은 상기 부하측 공급배관(566)으로부터 분지되고 상기 지열저장탱크(520)에 연결되는 것이다.

상기 부하삼방밸브(582)는 상기 부하측 공급배관(566)과 상기 부하측 우회공급배관(580)의 분지 지점에 설치되어, 상기 부하측 공급배관(566)을 통해 유동되던 상기 부하측 순환매체가 상기 부하측 우회공급배관(580)을 통해 상기 지열저장탱크(520)로 경유될지 여부를 조절할 수 있는 것이다.

상기 부하측 우회환수배관(581)은 상기 지열저장탱크(520)로부터 연장되고 상기 부하측 환수배관(567)에 연결되는 것이다.

상기와 같이 구성되면, 상기 지열히트펌프(540)의 상기 부하측 열교환기(543)에서 열교환된 상기 부하측 순환매체가 상기 부하삼방밸브(582)의 조절에 따라, 상기 부하측 공급배관(566), 상기 부하삼방밸브(582), 상기 부하측 우회공급배관(580), 상기 지열저장탱크(520), 상기 부하측 우회환수배관(581) 및 상기 부하측 환수배관(567)을 순환하면서, 상기 지열저장탱크(520)에 열저장이 이루어질 수 있게 된다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(500)의 작동에 대하여 설명한다.

먼저, 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(500)에서의 하절기 냉방운전에 대하여 설명한다.

상기 냉수 생산 및 저장 운전은 하루 중 상기 수요처에 대한 냉방이 행해지지 않는 여유 시간대에, 약 15℃의 상기 지중과 상기 지열저장탱크(520) 내부를 1℃ 이내의 온도 편차로 균등하게 맞추는 운전이다.

본 실시예에서는, 상기 냉수 생산 및 저장 운전 중에 상기 지열히트펌프(540)가 작동된다.

상세히, 상기 열원삼방밸브(503)가 상기 지열히트펌프(540)의 상기 열원측 열교환기(542) 쪽을 모두 열고 상기 열원측 우회배관(565)을 모두 닫은 상태에서, 상기 열원 펌프(501)가 작동되면, 상기 지열교환매체가 상기 지열히트펌프(540)의 상기 열원측 열교환기(542)를 경유하면서 상기 지열히트펌프(540) 내를 순환하는 냉매와 열교환되면서 열을 수득하여 상기 냉매를 냉각시킨 다음 상기 열원측 환수배관(561)을 통해 상기 지중열교환부재(510)로 향하게 된다.

상기와 같은 상기 지열교환매체는 상기 지중열교환부재(510)에서 상기 지중과 열교환되면서 냉각된 상태로, 상기 열원측 공급배관(560)을 통해 상승된다.

상기 우회삼방밸브(502)는 상기 열원측 공급배관(560) 중 상기 열원측 열교환기(542) 쪽을 모두 열고 상기 탱크 분지배관(562) 쪽을 모두 닫은 상태여서, 상기 열원측 공급배관(560)을 통해 상승되던 상기 지열교환매체는 상기 탱크 분지배관(562)을 경유하지 아니하고, 곧바로 상기 열원측 공급배관(560)을 통해 상기 열원 펌프(501) 쪽으로 유동되면서, 순환하게 된다.

한편, 상기 부하삼방밸브(582)가 상기 실내유닛(550) 쪽을 모두 닫고 상기 부하측 우회공급배관(580)을 모두 연 상태에서, 상기 부하 펌프(504)가 작동되면, 상기 부하측 순환매체가 상기 지열히트펌프(540)의 상기 부하측 열교환기(543)를 경유하면서 상기 지열히트펌프(540) 내를 순환하는 상기 냉매와 열교환되면서 열을 빼앗겨 냉각된 상태로 상기 부하측 공급배관(566) 및 상기 부하측 우회공급배관(580)을 통해 상기 지열저장탱크(520) 쪽으로 유동된다.

상기 지열저장탱크(520)로 유동된 상기 부하측 순환매체는 상기 지열저장탱크(520)의 내부를 냉각시킨 다음 상기 부하측 우회환수배관(581) 및 상기 부하측 환수배관(567)을 통해 다시 상기 지열히트펌프(540)의 상기 부하측 열교환기(543)로 유입되어, 순환하게 된다.

상기와 같이 작동되면, 여유 시간에 상기 지열히트펌프(540)가 일부 작동됨에 따라, 상기 지열저장탱크(520) 내부를 상대적으로 더 낮은 온도(약 7 내지 10℃)로 형성시킬 수 있게 되어, 상기 피크부하 시간대 냉방운전 시의 상기 지열히트펌프(540)의 운전효율(성적계수)를 더 상승시킬 수 있게 된다.

상세히, 부하 측에서는, 상기 부하삼방밸브(582)가 상기 실내유닛(550) 쪽을 모두 열고 상기 부하측 우회공급배관(580)을 모두 닫은 상태에서, 상기 부하 펌프(504)가 작동되면, 상기 부하측 순환매체가 증발기로 기능하게 되는 상기 부하측 열교환기(543)를 경유하면서 상기 지열히트펌프(540)의 내부를 순환하는 상기 냉매와 열교환되어, 냉각된다.

상기와 같이 냉각된 상기 부하측 순환매체가 상기 부하측 공급배관(566)을 통해 상기 실내유닛(550)으로 공급되어, 상기 실내유닛(550)을 경유하는 동안 상기 수요처에 대해 냉방을 제공하면서, 상기 수요처의 열기를 흡수한다.

상기 수요처의 열기를 흡수한 상기 부하측 순환매체가 상기 부하측 환수배관(567)을 통해 유동된 다음, 상기 지열히트펌프(540)의 상기 부하측 열교환기(543)로 유입되면서, 순환하게 된다.

상기 부하측 열교환기(543)에서 상기 부하측 순환매체의 열기를 흡수한 상기 냉매는 상기 지열히트펌프(540)의 내부를 순환한 다음, 상기 열원측 열교환기(542)를 경유하게 되면서, 응축기로 기능하게 되는 상기 열원측 열교환기(542)에서 열기를 상기 지열교환매체로 전달한다.

한편, 열원 측에서는, 상기 냉수 생산 및 저장 운전 시의 열원 측의 운전과 동일하다.

즉, 상기 열원삼방밸브(503)가 상기 지열히트펌프(540)의 상기 열원측 열교환기(542) 쪽을 모두 열고 상기 열원측 우회배관(565)을 모두 닫은 상태 및 상기 우회삼방밸브(502)가 상기 열원측 공급배관(560) 중 상기 열원측 열교환기(542) 쪽을 모두 열고 상기 탱크 분지배관(562) 쪽을 모두 닫은 상태에서, 상기 열원 펌프(501)가 작동되어, 상기 지열교환매체가 상기 지열히트펌프(540)의 상기 열원측 열교환기(542), 상기 열원측 환수배관(561), 상기 지중열교환부재(510), 상기 열원측 공급배관(560) 및 상기 지열히트펌프(540)의 상기 열원측 열교환기(542)를 순환하면서, 상기 냉매로부터 수득한 열기를 상기 지중으로 버리게 된다.

즉, 상기 부하삼방밸브(582)가 상기 실내유닛(550) 쪽을 모두 열고 상기 부하측 우회공급배관(580)을 모두 닫은 상태에서, 상기 부하 펌프(504)가 작동되어, 상기 부하측 순환매체가 상기 지열히트펌프(540)의 상기 부하측 열교환기(543), 상기 부하측 공급배관(566), 상기 실내유닛(550), 상기 부하측 환수배관(567) 및 상기 지열히트펌프(540)의 상기 부하측 열교환기(543)를 순차적으로 경유하면서 순환되어, 상기 실내유닛(550)의 열기를 상기 냉매로 전달하게 된다.

한편, 열원 측에서는, 상기 열원삼방밸브(503)가 상기 지열히트펌프(540)의 상기 열원측 열교환기(542) 쪽을 모두 열고 상기 열원측 우회배관(565)을 모두 닫은 상태에서, 상기 열원 펌프(501)가 작동되면, 상기 지열교환매체가 상기 지열히트펌프(540)의 상기 열원측 열교환기(542)를 경유하면서 상기 지열히트펌프(540)의 내부를 순환하는 상기 냉매와 열교환되어, 상기 냉매의 열기를 상기 지열교환매체가 흡수한다.

상기와 같이 열교환된 상기 지열교환매체는 상기 열원측 환수배관(561)을 통해 상기 지중열교환부재(510)로 향하게 된다.

상기와 같은 상기 지열교환매체는 첫번째 열원인 상기 지중열교환부재(510)에서 상기 지중과 열교환되면서 냉각된 상태로, 상기 열원측 공급배관(560)을 통해 상승된다.

이 때, 상기 우회삼방밸브(502)는 상기 열원측 공급배관(560) 중 상기 열원측 열교환기(542) 쪽을 모두 닫고 상기 탱크 분지배관(562) 쪽을 모두 연 상태여서, 상기 지열교환매체는 상기 우회삼방밸브(502) 및 상기 탱크 분지배관(562)을 통해 유동된 다음, 상기 지열저장열교환기(570)를 경유하면서, 상기 지중열교환부재(510)와 직렬 연결된 두번째 열원인 상기 지열저장탱크(520)와 상기 지열저장열교환기(570)를 통해 열교환된다.

여기서, 상기 지열교환매체가 상기 지열저장탱크(520)와 상기 지열저장열교환기(570)를 통해 열교환된다는 것은 상기 지열저장펌프(505)의 작동에 따라 상기 지열저장 순환매체가 상기 지열저장탱크(520)와 상기 지열저장열교환기(570) 사이를 순환하고, 그러한 상기 지열저장 순환매체와 상기 지열교환매체가 상기 지열저장열교환기(570)에서 열교환된다는 것을 말한다.

상기 지열저장열교환기(570)를 통해 상기 지열저장탱크(520)와 열교환되면서 다시 한번 더 냉각된 상기 지열교환매체는 상기 탱크 합지배관(564) 및 상기 열원측 공급배관(560)을 순차적으로 거쳐 상기 지열히트펌프(540)의 상기 열원측 열교환기(542)로 유동되면서, 순환하게 된다.

여기서, 상기 지중의 평균 온도는 상기 피크부하 시간대 냉방운전의 초기에는 약 15℃이고, 냉방을 진행할수록 약 25℃ 정도까지 상승하게 되고, 상기 지열교환매체는 상기 지열히트펌프(540)의 상기 열원측 열교환기(542)에 의해 30 내지 35℃까지 온도 상승되었다가, 상기 지중과 열교환되면서 1차적으로 냉각되고, 상기 지열저장탱크(520)와 상기 지열저장열교환기(570)를 통해 열교환되면서 2차적으로 한 차례 더 냉각되어짐으로써, 상기 피크부하 시간대 냉방운전 시에는 열원이 상기 지중과 상기 지열저장탱크(520)의 두 가지로 확장된다. 그러면, 지중열이 부족해지기 쉬운 상기 피크부하 시간대 냉방운전(예를 들어, 여름철 약 16시 내지 18시)에 그 확장된 열원에 의해 상기 지열 히트 펌프의 응축기로 기능하는 상기 열원측 열교환기(542)의 방열이 원활하게 잘 이루어질 수 있게 되고, 그에 따라 상기 지열히트펌프(540)의 효율(성적계수)이 상승하여, 에너지 절감이 가능해지고, 상기 지열히트펌프(540)의 소비전력 하락에 따라 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(500)가 적용되는 건축물의 첨두부하 삭감이 가능해지고, 응축기로 기능하는 상기 열원측 열교환기(542)의 원활한 방열에 따라 냉방성능이 커져서, 상기 지열히트펌프(540)의 장비용량의 축소가 가능해진다.

한편, 상기 보충 배관(130) 및 상기 필터링 부재(131)를 통해 상기 지열저장탱크(520)의 상부로 폐수, 강수, 시수(약 15 내지 20℃) 등의 다양한 상기 외부 보충수를 필터링하면서 지속적으로 공급해줌과 함께, 상기 드레인 배관(132)을 통해 상기 지열저장탱크(520) 내의 물을 조금씩 연속적으로 드레인해주면, 상기 지열저장탱크(520) 내의 물의 상대적으로 낮은 온도를 더 오랫동안 유지 가능하게 되어, 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(500)의 작동 효율이 더욱 향상될 수 있게 된다.

이하에서는, 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(500)에서의 동절기 난방운전에 대하여 설명한다.

상기 온수 생산 및 저장 운전은 하루 중 상기 수요처에 대한 난방이 행해지지 않는 여유 시간대에, 약 15℃의 상기 지중과 상기 지열저장탱크(520) 내부를 1℃ 이내의 온도 편차로 균등하게 맞추는 운전이다.

본 실시예에서는, 상기 온수 생산 및 저장 운전 중에 상기 지열히트펌프(540)가 작동된다.

상세히, 상기 열원삼방밸브(503)가 상기 지열히트펌프(540)의 상기 열원측 열교환기(542) 쪽을 모두 열고 상기 열원측 우회배관(565)을 모두 닫은 상태에서, 상기 열원 펌프(501)가 작동되면, 상기 지열교환매체가 상기 지열히트펌프(540)의 상기 열원측 열교환기(542)를 경유하면서 상기 지열히트펌프(540) 내를 순환하는 상기 냉매와 열교환되면서 열을 잃고 상기 냉매를 승온시킨 다음 상기 열원측 환수배관(561)을 통해 상기 지중열교환부재(510)로 향하게 된다.

상기와 같은 상기 지열교환매체는 상기 지중열교환부재(510)에서 상기 지중과 열교환되면서 승온된 상태로, 상기 열원측 공급배관(560)을 통해 상승된다.

한편, 상기 부하삼방밸브(582)가 상기 실내유닛(550) 쪽을 모두 닫고 상기 부하측 우회공급배관(580)을 모두 연 상태에서, 상기 부하 펌프(504)가 작동되면, 상기 부하측 순환매체가 상기 지열히트펌프(540)의 상기 부하측 열교환기(543)를 경유하면서 상기 지열히트펌프(540) 내를 순환하는 상기 냉매와 열교환되면서 열을 수득하여 승온된 상태로 상기 부하측 공급배관(566) 및 상기 부하측 우회공급배관(580)을 통해 상기 지열저장탱크(520) 쪽으로 유동된다.

상기 지열저장탱크(520)로 유동된 상기 부하측 순환매체는 상기 지열저장탱크(520)의 내부를 승온시킨 다음 상기 부하측 우회환수배관(581) 및 상기 부하측 우회배관을 통해 다시 상기 지열히트펌프(540)의 상기 부하측 열교환기(543)로 유입되어, 순환하게 된다.

상기와 같이 작동되면, 여유 시간에 상기 지열히트펌프(540)가 일부 작동됨에 따라, 상기 지열저장탱크(520) 내부를 상대적으로 더 높은 온도로 형성시킬 수 있게 되어, 상기 피크부하 시간대 난방운전 시의 상기 지열히트펌프(540)의 운전효율(성적계수)를 더 상승시킬 수 있게 된다.

상세히, 부하 측에서는, 상기 부하삼방밸브(582)가 상기 실내유닛(550) 쪽을 모두 열고 상기 부하측 우회공급배관(580)을 모두 닫은 상태에서, 상기 부하 펌프(504)가 작동되면, 상기 부하측 순환매체가 응축기로 기능하게 되는 상기 부하측 열교환기(543)를 경유하면서 상기 지열히트펌프(540)의 내부를 순환하는 상기 냉매와 열교환되어, 승온된다.

상기와 같이 승온된 상기 부하측 순환매체가 상기 부하측 공급배관(566)을 통해 상기 실내유닛(550)으로 공급되어, 상기 실내유닛(550)을 경유하는 동안 상기 수요처에 대해 난방을 제공하면서, 상기 수요처로 열기를 공급한다.

상기 수요처로 열기를 공급한 상기 부하측 순환매체가 상기 부하측 환수배관(567)을 통해 유동된 다음, 상기 지열히트펌프(540)의 상기 부하측 열교환기(543)로 유입되면서, 순환하게 된다.

상기 부하측 열교환기(543)에서 상기 부하측 순환매체로 열기를 빼앗긴 상기 냉매는 상기 지열히트펌프(540)의 내부를 순환한 다음, 상기 열원측 열교환기(542)를 경유하게 되면서, 증발기로 기능하게 되는 상기 열원측 열교환기(542)에서 상기 지열교환매체의 열기를 다시 흡수하게 된다.

한편, 열원 측에서는, 상기 온수 생산 및 저장 운전 시의 열원 측의 운전과 동일하다.

즉, 상기 열원삼방밸브(503)가 상기 지열히트펌프(540)의 상기 열원측 열교환기(542) 쪽을 모두 열고 상기 열원측 우회배관(565)을 모두 닫은 상태 및 상기 우회삼방밸브(502)가 상기 열원측 공급배관(560) 중 상기 열원측 열교환기(542) 쪽을 모두 열고 상기 탱크 분지배관(562) 쪽을 모두 닫은 상태에서, 상기 열원 펌프(501)가 작동되어, 상기 지열교환매체가 상기 지열히트펌프(540)의 상기 열원측 열교환기(542), 상기 열원측 환수배관(561), 상기 지중열교환부재(510), 상기 열원측 공급배관(560) 및 상기 지열히트펌프(540)의 상기 열원측 열교환기(542)를 순환하면서, 상기 지중으로부터 수득한 열기를 상기 냉매 쪽으로 전달하게 된다.

즉, 상기 부하삼방밸브(582)가 상기 실내유닛(550) 쪽을 모두 열고 상기 부하측 우회공급배관(580)을 모두 닫은 상태에서, 상기 부하 펌프(504)가 작동되어, 상기 부하측 순환매체가 상기 지열히트펌프(540)의 상기 부하측 열교환기(543), 상기 부하측 공급배관(566), 상기 실내유닛(550), 상기 부하측 환수배관(567) 및 상기 지열히트펌프(540)의 상기 부하측 열교환기(543)를 순차적으로 경유하면서 순환되어, 상기 냉매의 열기를 상기 실내유닛(550)으로 전달하게 된다.

한편, 열원 측에서는, 상기 열원삼방밸브(503)가 상기 지열히트펌프(540)의 상기 열원측 열교환기(542) 쪽을 모두 열고 상기 열원측 우회배관(565)을 모두 닫은 상태에서, 상기 열원 펌프(501)가 작동되면, 상기 지열교환매체가 상기 지열히트펌프(540)의 상기 열원측 열교환기(542)를 경유하면서 상기 지열히트펌프(540)의 내부를 순환하는 상기 냉매와 열교환되어, 상기 지열교환매체의 열기가 상기 냉매 쪽으로 전달된다.

상기와 같은 상기 지열교환매체는 첫번째 열원인 상기 지중열교환부재(510)에서 상기 지중과 열교환되면서 승온된 상태로, 상기 열원측 공급배관(560)을 통해 상승된다.

상기 지열저장열교환기(570)를 통해 상기 지열저장탱크(520)와 열교환되면서 다시 한번 더 승온된 상기 지열교환매체는 상기 탱크 합지배관(564) 및 상기 열원측 공급배관(560)을 순차적으로 거쳐 상기 지열히트펌프(540)의 상기 열원측 열교환기(542)로 유동되면서, 순환하게 된다.

여기서, 상기 지중의 평균 온도는 상기 피크부하 시간대 난방운전의 초기에는 약 15℃이고, 난방을 진행할수록 약 25℃ 정도까지 상승하게 되고, 상기 지열교환매체는 상기 지열히트펌프(540)의 상기 열원측 열교환기(542)에 의해 30 내지 35℃까지 온도 상승되었다가, 상기 지중과 열교환되면서 1차적으로 승온되고, 상기 지열저장탱크(520)와 상기 지열저장열교환기(570)를 통해 열교환되면서 2차적으로 한 차례 더 승온되어짐으로써, 상기 피크부하 시간대 난방운전 시에는 열원이 상기 지중과 상기 지열저장탱크(520)의 두 가지로 확장된다. 그러면, 지중열이 부족해지기 쉬운 상기 피크부하 시간대 난방운전에 그 확장된 열원에 의해 상기 지열 히트 펌프의 증발기로 기능하는 상기 열원측 열교환기(542)의 흡열이 원활하게 잘 이루어질 수 있게 되고, 그에 따라 상기 지열히트펌프(540)의 효율(성적계수)이 상승하여, 에너지 절감이 가능해지고, 상기 지열히트펌프(540)의 소비전력 하락에 따라 상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(500)가 적용되는 건축물의 첨두부하 삭감이 가능해지고, 증발기로 기능하는 상기 열원측 열교환기(542)의 원활한 흡열에 따라 난방성능이 커져서, 상기 지열히트펌프(540)의 장비용량의 축소가 가능해진다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 제 6 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치에 대하여 설명한다. 이러한 설명을 수행함에 있어서, 상기된 본 발명의 제 1 실시예 및 제 5 실시예에서 이미 기재된 내용과 중복되는 설명은 그에 갈음하고, 여기서는 생략하기로 한다.

도 7은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치의 구성을 보이는 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(600)의 구성 및 작동은 아래 추가로 설명된 부분을 제외하고는, 상기된 제 5 실시예에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(500)의 구성 및 작동과 동일하므로, 그 중복되는 설명은 그에 갈음하고 여기서는 생략하기로 한다.

상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치(600)은 부하측 공급배관(666) 및 부하측 환수배관(667)을 포함하되, 상기 부하측 공급배관(666) 및 상기 부하측 환수배관(667)이 물 배관이 아닌 냉매 배관이고, 그에 따라 상기 지열히트펌프(640)에는 부하측 열교환기가 없고, 상기 부하측 공급배관(666)에는 부하 펌프가 없으며, 상기 부하측 공급배관(666) 및 부하측 우회공급배관(680)에는 각각 팽창밸브(655, 683)가 설치된다.

또한, 상기 부하측 우회공급배관(680)과 부하측 우회환수배관(681)은 직접 지열저장탱크(620)와 연결되지 아니하고, 부하열저장열교환기(685)를 통해 간접적으로 연결된다.

상기 부하열저장열교환기(685)는 부하삼방밸브(682)와 상기 지열저장탱크(620) 사이에 배치되는 것이다.

상기 부하측 우회공급배관(680)과 상기 부하측 우회환수배관(681)은 상기 부하열저장열교환기(685)를 경유하게 되고, 그러한 상기 부하열저장열교환기(685)를 경유하는 과정 중에 물 등의 부하열저장 순환매체와 열교환된다.

상기 부하열저장열교환기(685)와 상기 지열저장탱크(620) 사이에는 부하저장 공급배관(686)과 부하저장 환수배관(687)이 연결되어, 상기 부하열저장 순환매체가 상기 부하저장 공급배관(686)과 상기 부하저장 환수배관(687)을 통해 유동되면서 상기 부하열저장열교환기(685)와 상기 지열저장탱크(620) 사이를 순환하게 된다.

상기 부하저장 공급배관(686)은 상기 부하열저장열교환기(685)로부터 연장되고 상기 지열저장탱크(620)에 연결되어, 상기 부하측 공급배관(666), 상기 부하삼방밸브(682) 및 상기 부하측 우회공급배관(680)을 통해 유동된 상기 냉매와 상기 부하열저장열교환기(685)에서 열교환된 부하열저장 순환매체가 상기 지열저장탱크(620)로 유동되도록 하는 것이다.

상기 부하저장 환수배관(687)은 상기 지열저장탱크(620)로부터 연장되고 상기 부하열저장열교환기(685)에 연결되어, 상기 부하저장 공급배관(686)을 통해 유동되어 상기 지열저장탱크(620)를 경유한 상기 부하열저장 순환매체가 상기 부하열저장열교환기(685)로 유동되도록 하는 것이다.

상기 부하저장 공급배관(686)과 상기 부하저장 환수배관(687) 중 하나에는 우회배관펌프(688)가 설치되어, 상기 부하열저장 순환매체가 상기 부하저장 공급배관(686)과 상기 부하저장 환수배관(687)을 따라 유동될 수 있도록 한다.

상기 부하측 공급배관(666)은 지열히트펌프(640)와 실내유닛(650)을 연결하여, 상기 지열히트펌프(640)의 열원측 열교환기(642)에서 지열교환매체와 열교환된 냉매가 상기 지열히트펌프(640)로부터 상기 실내유닛(650)으로 직접 유동되도록 하는 것이다.

상기 부하측 환수배관(667)은 상기 실내유닛(650)과 상기 지열히트펌프(640)를 연결하여, 상기 부하측 공급배관(666)을 통해 유동되어 상기 실내유닛(650)을 직접 경유하면서 수요처에 냉난방을 제공한 상기 냉매가 상기 실내유닛(650)으로부터 상기 지열히트펌프(640)로 유동되도록 하는 것이다.

상기와 같이 구성되면, 하절기에 냉수 생산 및 저장 운전, 동절기에 온수 생산 및 저장 운전 시에, 상기 지열히트펌프(640)의 작동 및 상기 부하삼방밸브(682)의 조절에 따라, 부하측 순환매체가 상기 지열히트펌프(640)의 부하측 열교환기(643), 상기 부하측 공급배관(666), 상기 부하측 우회공급배관(680), 상기 팽창밸브(655, 683) 중 상기 부하측 우회공급배관(680)에 설치된 것, 상기 부하열저장열교환기(685), 상기 부하측 우회환수배관(681), 상기 부하측 환수배관(667) 및 상기 지열히트펌프(640)의 상기 부하측 열교환기(643)로 순환하게 되고, 상기 우회배관펌프(688)도 작동되어, 상기 부하열저장 순환매체가 상기 부하저장 공급배관(686)과 상기 부하저장 환수배관(687)을 따라 유동되면서, 상기 부하열저장열교환기(685)와 상기 지열저장탱크(620) 사이를 순환하게 되고, 이러한 과정을 거치면서, 상기 지열저장탱크(620)에 냉수 또는 온수가 저장될 수 있게 된다.

하절기에 냉수 생산 및 저장 운전, 동절기에 온수 생산 및 저장 운전 시의 열원측 운전은 상기된 제 5 실시예에서의 그것과 동일하다.

하절기에 피크부하 시간대가 아닌 경우의 운전인 일반 냉방운전 및 동절기에 피크부하 시간대가 아닌 경우의 운전인 일반 난방운전 시에, 상기 지열히트펌프(640)의 작동 및 상기 부하삼방밸브(682)의 조절에 따라, 상기 부하측 순환매체가 상기 지열히트펌프(640)의 상기 부하측 열교환기(643), 상기 부하측 공급배관(666), 상기 팽창밸브(655, 683) 중 상기 부하측 공급배관(666)에 설치된 것, 상기 실내유닛(650), 상기 부하측 환수배관(667) 및 상기 지열히트펌프(640)의 상기 부하측 열교환기(643)를 순환하게 된다.

하절기에 피크부하 시간대가 아닌 경우의 운전인 일반 냉방운전 및 동절기에 피크부하 시간대가 아닌 경우의 운전인 일반 난방운전 시의 열원측 운전은 상기된 제 5 실시예에서의 그것과 동일하다.

피크부하 시간대 냉방운전 및 피크부하 시간대 난방운전 시의 부하측 운전은 상기된 하절기에 피크부하 시간대가 아닌 경우의 운전인 일반 냉방운전 및 동절기에 피크부하 시간대가 아닌 경우의 운전인 일반 난방운전 시의 부하측 운전과 동일하다.

피크부하 시간대 냉방운전 및 피크부하 시간대 난방운전 시의 열원측 운전은 상기된 제 5 실시예에서의 그것과 동일하다.

상기에서 본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그렇지만 이러한 수정 및 변형 구조들은 모두 본 발명의 권리범위 내에 포함되는 것임을 분명하게 밝혀두고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치에 의하면, 지열히트펌프의 사용시간이 늘어나더라도 그 작동 효율의 저하가 최소화될 수 있으므로, 그 산업상 이용가능성이 높다고 하겠다.

100 : 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치
101 : 열원 펌프
102 : 우회삼방밸브
103 : 열원삼방밸브
104 : 부하 펌프
110 : 지중열교환부재
120 : 지열저장탱크
130 : 보충 배관
131 : 필터링 부재
134 : 온도 센서
140 : 지열히트펌프
141 : 펌프 케이스
142 : 열원측 열교환기
143 : 부하측 열교환기
150 : 실내유닛
160 : 열원측 공급배관
161 : 열원측 환수배관
162 : 탱크 분지배관
164 : 탱크 합지배관
165 : 열원측 우회배관
166 : 부하측 공급배관
167 : 부하측 환수배관

Claims

지중(地中)과 지열교환매체가 열교환되는 지중열교환부재;
상기 지중열교환부재를 경유하면서 상기 지중과 열교환된 상기 지열교환매체가 경유되면서, 냉매와 열교환되는 지열히트펌프;
상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 유동되는 경로 상에 직렬로 연결되어, 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 향하던 상기 지열교환매체가 경유되면서 상기 지열교환매체에 함유되어 있던 지열 중 일부가 저장될 수 있는 지열저장탱크;
상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 유동되던 중에 상기 지열저장탱크로 경유될지 여부를 조절할 수 있는 우회삼방밸브;
상기 지열히트펌프에서 상기 지열교환매체와 열교환된 상기 냉매의 열기 또는 냉기에 의해 수요처에 냉난방을 공급하는 실내유닛;
상기 지중열교환부재와 상기 지열히트펌프를 연결하여, 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 유동되도록 하는 열원측 공급배관; 및
상기 지열히트펌프와 상기 지중열교환부재를 연결하여, 상기 열원측 공급배관을 통해 유동되어 상기 지열히트펌프에서 상기 냉매와 열교환된 상기 지열교환매체가 상기 지열히트펌프로부터 상기 지중열교환부재로 유동되도록 하는 열원측 환수배관;을 포함하고,
상기 지열저장탱크가 상기 지중열교환부재의 출구 측인 상기 열원측 공급배관에만 연결되고, 상기 열원측 환수배관에는 미연결되고, 그에 따라 상기 지중과 상기 지열저장탱크라는 두 개의 열원이 직렬로 연결되어, 상기 지열교환매체가 상기 지중과 상기 지열저장탱크를 직렬로 경유하면서 두 번의 열교환을 하게 되는 것을 특징으로 하는 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 지열저장탱크는 그 내부가 빈 원통형의 실린더 형태로 형성되고,
탱크 분지배관의 말단부는 상기 지열저장탱크의 중심으로부터 일 측으로 편심된 부분에 연결되되, 상기 지열저장탱크의 상부 중 상기 지열저장탱크의 중심으로부터 일 측으로 편심된 부분을 향해 상기 지열교환매체가 분사되도록 형성되고,
상기 탱크 분지배관의 말단부는 상기 탱크 분지배관의 다른 부분에 비해 상대적으로 점진적으로 좁아지는 형태로 형성되고,
탱크 합지배관의 말단부는 상기 지열저장탱크의 중심으로부터 타 측으로 편심된 부분에 연결되되, 상기 지열저장탱크에서 상기 탱크 분지배관의 말단부에 비해 상대적으로 낮은 지점에 연결되고,
그에 따라 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재에서 상기 지중과 열교환되는 과정 중에 상기 지열교환매체에 혼입된 이물질이 상기 지열저장탱크로 인입되더라도, 상기 지열교환매체가 상기 지열저장탱크의 내부에서 소용돌이치면서 유동되면서 하강되고, 그러한 하강 중에 상기 이물질이 상기 지열교환매체와 분리되어 상기 지열저장탱크의 바닥부로 모여 쌓이게 되는 것을 특징으로 하는 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치는
상기 지열히트펌프와 상기 실내유닛을 연결하여, 상기 지열히트펌프를 경유하면서 상기 냉매와 열교환된 부하측 순환매체가 상기 지열히트펌프로부터 상기 실내유닛으로 유동되도록 하는 부하측 공급배관; 및
상기 실내유닛과 상기 지열히트펌프를 연결하여, 상기 부하측 공급배관을 통해 유동되어 상기 실내유닛을 경유하면서 상기 수요처에 냉난방을 제공한 상기 부하측 순환매체가 상기 실내유닛으로부터 상기 지열히트펌프로 유동되도록 하는 부하측 환수배관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치는
상기 지열히트펌프와 상기 실내유닛을 연결하여, 상기 지열히트펌프에서 상기 지열교환매체와 열교환된 상기 냉매가 상기 지열히트펌프로부터 상기 실내유닛으로 유동되도록 하는 부하측 공급배관; 및
상기 실내유닛과 상기 지열히트펌프를 연결하여, 상기 부하측 공급배관을 통해 유동되어 상기 실내유닛을 경유하면서 상기 수요처에 냉난방을 제공한 상기 냉매가 상기 실내유닛으로부터 상기 지열히트펌프로 유동되도록 하는 부하측 환수배관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치.
지중과 지열교환매체가 열교환되는 지중열교환부재;
상기 지중열교환부재를 경유하면서 상기 지중과 열교환된 상기 지열교환매체가 경유되면서, 냉매와 열교환되는 지열히트펌프;
상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 유동되는 경로 상에 직렬로 연결되어, 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 향하던 상기 지열교환매체에 함유되어 있던 지열 중 일부가 저장될 수 있는 지열저장탱크;
상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 유동되던 중에 상기 지열저장탱크 쪽으로 경유될지 여부를 조절할 수 있는 우회삼방밸브;
상기 우회삼방밸브와 상기 지열저장탱크 사이에 배치되는 지열저장열교환기;
상기 지열히트펌프에서 상기 지열교환매체와 열교환된 상기 냉매의 열기 또는 냉기에 의해 수요처에 냉난방을 공급하는 실내유닛;
상기 지중열교환부재와 상기 지열히트펌프를 연결하여, 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 유동되도록 하는 열원측 공급배관; 및
상기 지열히트펌프와 상기 지중열교환부재를 연결하여, 상기 열원측 공급배관을 통해 유동되어 상기 지열히트펌프에서 상기 냉매와 열교환된 상기 지열교환매체가 상기 지열히트펌프로부터 상기 지중열교환부재로 유동되도록 하는 열원측 환수배관;을 포함하고,
상기 지열저장탱크와 상기 지열저장열교환기 사이에서는 지열저장 순환매체가 순환되고,
상기 지열저장 순환매체가 상기 우회삼방밸브에 의해 상기 지열저장열교환기 쪽으로 유동된 상기 지열교환매체와 열교환되면서, 상기 지열저장탱크에 열기 또는 냉기가 저장되고,
상기 지열저장탱크가 상기 지중열교환부재의 출구 측인 상기 열원측 공급배관에만 연결되고, 상기 열원측 환수배관에는 미연결되고, 그에 따라 상기 지중과 상기 지열저장탱크라는 두 개의 열원이 직렬로 연결되어, 상기 지열교환매체가 상기 지중과 상기 지열저장탱크를 직렬로 경유하면서 두 번의 열교환을 하게 되는 것을 특징으로 하는 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치.
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제 6 항에 있어서,
상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치는
상기 지열히트펌프와 상기 실내유닛을 연결하여, 상기 지열히트펌프를 경유하면서 상기 냉매와 열교환된 부하측 순환매체가 상기 지열히트펌프로부터 상기 실내유닛으로 유동되도록 하는 부하측 공급배관; 및
상기 실내유닛과 상기 지열히트펌프를 연결하여, 상기 부하측 공급배관을 통해 유동되어 상기 실내유닛을 경유하면서 상기 수요처에 냉난방을 제공한 상기 부하측 순환매체가 상기 실내유닛으로부터 상기 지열히트펌프로 유동되도록 하는 부하측 환수배관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치는
상기 지열히트펌프와 상기 실내유닛을 연결하여, 상기 지열히트펌프에서 상기 지열교환매체와 열교환된 상기 냉매가 상기 지열히트펌프로부터 상기 실내유닛으로 유동되도록 하는 부하측 공급배관; 및
상기 실내유닛과 상기 지열히트펌프를 연결하여, 상기 부하측 공급배관을 통해 유동되어 상기 실내유닛을 경유하면서 상기 수요처에 냉난방을 제공한 상기 냉매가 상기 실내유닛으로부터 상기 지열히트펌프로 유동되도록 하는 부하측 환수배관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치.
지중과 지열교환매체가 열교환되는 지중열교환부재;
상기 지중열교환부재를 경유하면서 상기 지중과 열교환된 상기 지열교환매체가 경유되면서, 냉매와 열교환되는 지열히트펌프;
상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 유동되는 경로 상에 직렬로 연결되어, 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 향하던 상기 지열교환매체가 경유되면서 상기 지열교환매체에 함유되어 있던 지열 중 일부가 저장될 수 있는 지열저장탱크;
상기 지중열교환부재와 상기 지열히트펌프를 연결하여, 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 유동되도록 하는 열원측 공급배관;
상기 지열히트펌프와 상기 지중열교환부재를 연결하여, 상기 열원측 공급배관을 통해 유동되어 상기 지열히트펌프에서 상기 냉매와 열교환된 상기 지열교환매체가 상기 지열히트펌프로부터 상기 지중열교환부재로 유동되도록 하는 열원측 환수배관;
상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 유동되던 중에 상기 지열저장탱크로 경유될지 여부를 조절할 수 있는 우회삼방밸브;
상기 우회삼방밸브와 상기 지열저장탱크 사이에 배치되는 지열저장열교환기;
상기 지열히트펌프에서 상기 지열교환매체와 열교환된 상기 냉매의 열기 또는 냉기에 의해 수요처에 냉난방을 공급하는 실내유닛;
상기 지열히트펌프와 상기 실내유닛을 연결하여, 상기 지열히트펌프를 경유하면서 상기 냉매와 열교환된 부하측 순환매체가 상기 지열히트펌프로부터 상기 실내유닛으로 유동되도록 하는 부하측 공급배관;
상기 실내유닛과 상기 지열히트펌프를 연결하여, 상기 부하측 공급배관을 통해 유동되어 상기 실내유닛을 경유하면서 상기 수요처에 냉난방을 제공한 상기 부하측 순환매체가 상기 실내유닛으로부터 상기 지열히트펌프로 유동되도록 하는 부하측 환수배관;
상기 부하측 공급배관으로부터 분지되고 상기 지열저장탱크에 연결되는 부하측 우회공급배관;
상기 부하측 공급배관과 상기 부하측 우회공급배관의 분지 지점에 설치되어, 상기 부하측 공급배관을 통해 유동되던 상기 부하측 순환매체가 상기 지열저장탱크로 경유될지 여부를 조절할 수 있는 부하삼방밸브; 및
상기 지열저장탱크로부터 연장되고 상기 부하측 환수배관에 연결되는 부하측 우회환수배관;을 포함하고,
상기 지열히트펌프에서 열교환된 상기 부하측 순환매체가 상기 부하측 공급배관, 상기 부하삼방밸브, 상기 부하측 우회공급배관, 상기 지열저장탱크, 상기 부하측 우회환수배관 및 상기 부하측 환수배관을 순환하면서, 상기 지열저장탱크에 열저장이 이루어질 수 있고,
상기 지열저장탱크가 상기 지중열교환부재의 출구 측인 상기 열원측 공급배관에만 연결되고, 상기 열원측 환수배관에는 미연결되고, 그에 따라 상기 지중과 상기 지열저장탱크라는 두 개의 열원이 직렬로 연결되어, 상기 지열교환매체가 상기 지중과 상기 지열저장탱크를 직렬로 경유하면서 두 번의 열교환을 하게 되는 것을 특징으로 하는 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치.
지중과 지열교환매체가 열교환되는 지중열교환부재;
상기 지중열교환부재를 경유하면서 상기 지중과 열교환된 상기 지열교환매체가 경유되면서, 냉매와 열교환되는 지열히트펌프;
상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 유동되는 경로 상에 직렬로 연결되어, 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 향하던 상기 지열교환매체가 경유되면서 상기 지열교환매체에 함유되어 있던 지열 중 일부가 저장될 수 있는 지열저장탱크;
상기 지중열교환부재와 상기 지열히트펌프를 연결하여, 상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 유동되도록 하는 열원측 공급배관;
상기 지열히트펌프와 상기 지중열교환부재를 연결하여, 상기 열원측 공급배관을 통해 유동되어 상기 지열히트펌프에서 상기 냉매와 열교환된 상기 지열교환매체가 상기 지열히트펌프로부터 상기 지중열교환부재로 유동되도록 하는 열원측 환수배관;
상기 지열교환매체가 상기 지중열교환부재로부터 상기 지열히트펌프로 유동되던 중에 상기 지열저장탱크로 경유될지 여부를 조절할 수 있는 우회삼방밸브;
상기 우회삼방밸브와 상기 지열저장탱크 사이에 배치되는 지열저장열교환기;
상기 지열히트펌프에서 상기 지열교환매체와 열교환된 상기 냉매의 열기 또는 냉기에 의해 수요처에 냉난방을 공급하는 실내유닛;
상기 지열히트펌프와 상기 실내유닛을 연결하여, 상기 지열히트펌프에서 상기 지열교환매체와 열교환된 상기 냉매가 상기 지열히트펌프로부터 상기 실내유닛으로 유동되도록 하는 부하측 공급배관;
상기 실내유닛과 상기 지열히트펌프를 연결하여, 상기 부하측 공급배관을 통해 유동되어 상기 실내유닛을 경유하면서 상기 수요처에 냉난방을 제공한 상기 냉매가 상기 실내유닛으로부터 상기 지열히트펌프로 유동되도록 하는 부하측 환수배관;
상기 부하측 공급배관으로부터 분지되고 상기 지열저장탱크 쪽으로 향하는 부하측 우회공급배관;
상기 부하측 공급배관과 상기 부하측 우회공급배관의 분지 지점에 설치되어, 상기 부하측 공급배관을 통해 유동되던 상기 냉매가 상기 지열저장탱크 쪽으로 경유될지 여부를 조절할 수 있는 부하삼방밸브;
상기 부하삼방밸브와 상기 지열저장탱크 사이에 배치되는 부하열저장열교환기;
상기 부하열저장열교환기로부터 연장되고 상기 지열저장탱크에 연결되어, 상기 부하측 공급배관, 상기 부하삼방밸브 및 상기 부하측 우회공급배관을 통해 유동된 상기 냉매와 상기 부하열저장열교환기에서 열교환된 부하열저장 순환매체가 상기 지열저장탱크로 유동되도록 하는 부하저장 공급배관;
상기 지열저장탱크로부터 연장되고 상기 부하열저장열교환기에 연결되어, 상기 부하저장 공급배관을 통해 유동되어 상기 지열저장탱크를 경유한 상기 부하열저장 순환매체가 상기 부하열저장열교환기로 유동되도록 하는 부하저장 환수배관; 및
상기 부하열저장열교환기로부터 연장되고 상기 부하측 환수배관에 연결되는 부하측 우회환수배관;을 포함하고,
상기 지열히트펌프에서 열교환된 부하측 순환매체가 상기 부하측 공급배관, 상기 부하삼방밸브, 상기 부하측 우회공급배관, 상기 부하열저장열교환기, 상기 부하측 우회환수배관 및 상기 부하측 환수배관을 통해 순환하고,
상기 부하열저장열교환기에서 부하측 순환매체와 열교환된 상기 부하열저장 순환매체가 상기 부하저장 공급배관, 상기 지열저장탱크 및 상기 부하저장 환수배관을 통해 순환하면서, 상기 지열저장탱크에 열저장이 이루어질 수 있고,
상기 지열저장탱크가 상기 지중열교환부재의 출구 측인 상기 열원측 공급배관에만 연결되고, 상기 열원측 환수배관에는 미연결되고, 그에 따라 상기 지중과 상기 지열저장탱크라는 두 개의 열원이 직렬로 연결되어, 상기 지열교환매체가 상기 지중과 상기 지열저장탱크를 직렬로 경유하면서 두 번의 열교환을 하게 되는 것을 특징으로 하는 냉난방 피크부하 처리를 위한 열원 확장형 지열히트펌프 장치.