KR102235456B1 - Heat-Pump System - Google Patents

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KR102235456B1
KR102235456B1 KR1020200086901A KR20200086901A KR102235456B1 KR 102235456 B1 KR102235456 B1 KR 102235456B1 KR 1020200086901 A KR1020200086901 A KR 1020200086901A KR 20200086901 A KR20200086901 A KR 20200086901A KR 102235456 B1 KR102235456 B1 KR 102235456B1
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heat pump
line
geothermal
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KR1020200086901A
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이장원
김종환
이경아
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주식회사 에너솔라
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Abstract

The present invention provides a geothermal heat pump system capable of geothermal energy restoration, which comprises: a first line having a first pump to supply each water of a heat source from a geothermal heat exchanging unit to first to fourth heat pumps; a second line collecting the water of the heat source of which heat is exchanged in the first to fourth heat pumps to be discharged to the geothermal heat exchanging unit; and a third line branched on the second line to be connected to the first line and supplying the partial water of the heat source discharged from at least one heat pump among the first to third heat pumps to the fourth heat pump.

Description

지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템{Heat-Pump System}Geothermal heat pump system capable of restoring geothermal energy in the ground {Heat-Pump System}

본 발명은 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템에 관한 것으로서, 지열, 폐열원, 수열원 등을 히트펌프에 공급될 열매체를 열교환 시키는 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a geothermal heat pump system capable of restoring geothermal energy in the ground, and relates to a geothermal heat pump system capable of restoring geothermal energy in the ground by exchanging a heat medium to be supplied to a heat pump such as geothermal heat, waste heat source, and water heat source.

일반적으로 사용되고 있는 가정 및 산업용 에너지원은 석유나 천연가스와 같은 화석연료 또는 핵연료 등을 이용하여 에너지를 생산하고 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.In general, household and industrial energy sources use fossil fuels such as petroleum or natural gas or nuclear fuel to produce energy. These energy sources not only pollute the environment including water and soil due to various pollutants generated in the combustion process, but also have a limit in reserves, so that alternative energy development is actively progressing.

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.Among these alternative energies, it is in the spotlight as green energy, and research on wind power, solar heat, geothermal heat, etc., which have infinite energy sources, is continuing.These energy sources can obtain energy with little impact on air pollution and climate change. While it has an advantage, it has a disadvantage of very low energy density.

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.In particular, in order to obtain energy using wind power and solar heat, a large area must be secured along with the limitation of the installation location, and these devices have a small energy production capacity per unit device and require a lot of cost for installation and maintenance.

그런데 대체 에너지의 일원인 지열은 지중의 일정한 범위에 분포되는 지열을 이용하여 냉난방을 제공하는 공기 조화장치에 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 연내 안정적인 냉난방 및 급탕 운전이 가능하다.However, geothermal heat, a source of alternative energy, is sometimes applied to air conditioners that provide cooling and heating using geothermal heat distributed in a certain range of the ground. It is known that energy savings of up to 40% or more can be saved compared to the device, and energy generation costs of 40 to 70% can be reduced. Such a heat exchange device using geothermal heat enables stable cooling/heating and hot water operation within the year by using geothermal heat maintained at about 10 to 20°C throughout the year through an underground heat exchanger buried at a certain depth.

그러나 지열을 이용한 열교환 장치는 장시간 연속 운전 시 지중 열원의 스트레스가 증가하기 때문에 필요한 열량을 지중 열원으로부터 지속적으로 공급받지 못하는 문제점이 지적되고 있다.However, since the heat exchange device using geothermal heat increases the stress of the underground heat source during continuous operation for a long period of time, a problem has been pointed out that a required amount of heat cannot be continuously supplied from the underground heat source.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 보다 상세하게는 적어도 두 개의 히트펌프를 구비하여 서로 냉방과 난방 또는 냉방과 급탕 운전을 수반함으로써 지중 열원으로 배출되는 열원수를 통해 지중 열원의 스트레스가 누적되지 않는 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve such a problem, and more specifically, by providing at least two heat pumps, the stress of the underground heat source is reduced through the heat source water discharged to the ground heat source by accommodating cooling and heating or cooling and hot water operation with each other. Its purpose is to provide a geothermal heat pump system capable of restoring non-accumulative geothermal energy.

이와 같은 목적을 수행하기 위한 본 발명은 제1펌프가 구비되어 지중 열교환부로부터 제1히트펌프 내지 제4히트펌프 방향으로 열원수를 각각 공급하는 제1라인; 상기 제1히트펌프 내지 제4히트펌프에서 열교환된 열원수를 취합하여 상기 지중 열교환부로 배출하는 제2라인; 및 상기 제2라인 상에서 분기되어 상기 제1라인과 연결되며, 상기 제1히트펌프 내지 제3히트펌프 중 적어도 어느 하나의 히트펌프에서 배출된 일부 열원수를 상기 제4히트펌프로 공급하는 제3라인;을 포함하는 것을 특징으로 하는 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템을 제공한다.The present invention for accomplishing the above object is a first line provided with a first pump for supplying heat source water to each of the first heat pump to the fourth heat pump direction from the underground heat exchanger; A second line for collecting heat source water heat-exchanged by the first to fourth heat pumps and discharging it to the underground heat exchanger; And a third branched on the second line and connected to the first line, and supplying some of the heat source water discharged from at least one of the first heat pump to the third heat pump to the fourth heat pump. It provides a geothermal heat pump system capable of restoring geothermal energy in the ground, comprising: a line.

상기 제1라인은 상기 지중 열교환부로부터 각각 상기 제1히트펌프 내지 제4히트펌프를 연결하는 제1-1라인 내지 제1-4라인을 포함하고, 상기 제2라인은 각각의 상기 제1히트펌프 내지 제4히트펌프로부터 상기 지중 열교환부를 연결하는 제2-1라인 내지 제2-4라인을 포함할 수 있다.The first line includes lines 1-1 to 1-4 respectively connecting the first heat pump to the fourth heat pump from the underground heat exchange unit, and the second line includes each of the first heat pumps. It may include lines 2-1 to 2-4 connecting the underground heat exchanger from the pump to the fourth heat pump.

상기 제3라인은 상기 제2-3라인으로부터 분기되어 상기 제1-4라인과 연결되고, 상기 제3라인과 제1-4라인이 교차하는 부분에 제1삼방밸브가 구비될 수 있다.The third line may be branched from the line 2-3 and connected to the line 1-4, and a first three-way valve may be provided at a portion where the third line and the line 1-4 intersect.

상기 제 1-4라인은 상기 제1삼방밸브와 제4히트펌프 사이에 배치되어 상기 제4히트펌프로 공급될 열원수의 압력을 보상하는 제2펌프를 포함할 수 있다.The line 1-4 may include a second pump disposed between the first three-way valve and the fourth heat pump to compensate for the pressure of the heat source water to be supplied to the fourth heat pump.

상기 제3라인은 상기 제2-3라인으로부터 분기된 부분에 구비된 제1삼방밸브와, 상기 제1삼방밸브와 제1-4라인이 교차하는 부분에 구비된 제2삼방밸브를 연결할 수 있다.The third line may connect a first three-way valve provided at a portion branched from the line 2-3 and a second three-way valve provided at a portion where the first three-way valve and the line 1-4 intersect. .

상기 제3라인은 상기 제1삼방밸브와 제2삼방밸브 사이에 배치되어 상기 제4히트펌프로 공급될 열원수의 압력을 보상하는 제2펌프를 포함할 수 있다.The third line may include a second pump disposed between the first three-way valve and the second three-way valve to compensate for the pressure of the heat source water to be supplied to the fourth heat pump.

상기 제3라인은 상기 제2-3라인으로부터 분기된 부분에 구비된 제1삼방밸브와, 상기 제1삼방밸브와 제1-4라인이 교차하는 부분에 구비된 제2삼방밸브를 연결하는 제3-1라인과, 상기 제2-1라인으로부터 분기된 부분에 구비된 제3삼방밸브와, 상기 제3삼방밸브와 제2-1라인이 교차하는 부분에 구비된 제4삼방밸브를 연결하는 제3-2라인을 포함할 수 있다.The third line is a third line connecting a first three-way valve provided in a portion branched from the line 2-3 and a second three-way valve provided in a portion where the first three-way valve and the line 1-4 intersect. Connecting line 3-1, a third three-way valve provided at a portion branched from the line 2-1, and a fourth three-way valve provided at a portion where the third three-way valve and line 2-1 intersect. It may include a 3-2 line.

상기 제3-1라인과 제3-2라인은 각각 상기 제2히트펌프와 제4히트펌프에 공급될 열원수의 압력을 보상하는 제2펌프를 포함할 수 있다.The 3-1 line and the 3-2 line may each include a second pump for compensating the pressure of the heat source water to be supplied to the second heat pump and the fourth heat pump.

상기 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템은 상기 제1히트펌프 내지 제4히트펌프와 연결되는 제1부하측 열교환부 및 제2부하측 열교환부를 더 포함하고, 상기 제1히트펌프 내지 제4히트펌프와 상기 제1부하측 열교환부 또는 제2부하측 열교환부 사이에서 냉매를 선택적으로 전달하는 제1냉매라인 내지 제4냉매라인을 더 포함할 수 있다.The geothermal heat pump system capable of restoring underground geothermal energy further includes a first load-side heat exchange unit and a second load-side heat exchange unit connected to the first to fourth heat pumps, and the first to fourth heat pumps And a first refrigerant line to a fourth refrigerant line selectively transferring refrigerant between the first load-side heat exchange unit or the second load-side heat exchange unit.

상기 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템은 상기 제2냉매라인과 제4냉매라인을 연결하는 제5냉매라인을 더 포함할 수 있다.The geothermal heat pump system capable of restoring geothermal energy from the ground may further include a fifth refrigerant line connecting the second refrigerant line and the fourth refrigerant line.

상기 제2냉매라인은 상기 제5냉매라인과 교차하는 부분에 구비된 제5삼방밸브를 포함하고, 상기 제4냉매라인은 상기 제1부하측 열교환부 또는 제2부하측 열교환부로 냉매를 선택 공급하는 제6삼방밸브를 포함할 수 있다.The second refrigerant line includes a fifth three-way valve provided at a portion crossing the fifth refrigerant line, and the fourth refrigerant line selects and supplies a refrigerant to the first load side heat exchange unit or the second load side heat exchange unit. It may include a six-way valve.

상기 제1히트펌프와 제3히트펌프가 상기 제1부하측 열교환부를 통해서 냉방운전 시, 상기 제3-1라인 및 제3-2라인을 통하여 고온의 열원수를 각각 상기 제2히트펌프와 제4히트펌프로 공급하고, 상기 제2히트펌프와 제4히트펌프를 통해서 상기 제2부하측 열교환부는 급탕을 공급할 수 있다.When the first heat pump and the third heat pump are in cooling operation through the first load-side heat exchanger, high-temperature heat source water is supplied through the 3-1 line and the 3-2 line, respectively, the second heat pump and the fourth heat pump. It is supplied to a heat pump, and through the second heat pump and the fourth heat pump, the second load-side heat exchanger may supply hot water.

상기 제2히트펌프와 제4히트펌프로부터 배출된 열원수는 상기 제1히트펌프와 제3히트펌프로부터 제공받은 열원수 보다 온도가 낮을 수 있다.The heat source water discharged from the second heat pump and the fourth heat pump may be lower in temperature than the heat source water provided from the first heat pump and the third heat pump.

상기 지중 열교환부는 상기 제4히트펌프 또는 상기 제2히트펌프와 제4히트펌프로부터 배출된 열원수를 통해서 지중 열원 에너지가 회복될 수 있다.The underground heat exchange unit may recover energy of the underground heat source through the heat source water discharged from the fourth heat pump or the second heat pump and the fourth heat pump.

상기 제1히트펌프 내지 제4히트펌프는 냉방 또는 난방 모드로 동시 운전을 하거나, 적어도 하나 이상이 서로 다른 모드로 개별 운전할 수 있다.The first to fourth heat pumps may be operated simultaneously in a cooling or heating mode, or at least one or more may be individually operated in different modes.

본 발명에 따른 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템에 따르면,According to the geothermal heat pump system capable of restoring geothermal energy in the ground according to the present invention,

첫째, 제1히트펌프 내지 제4히트펌프 중 어느 하나의 히트펌프가 난방(또는 급탕) 운전하는 경우, 나머지 히트펌프에서 배출된 열원수 일부가 어느 하나의 히트펌프로 공급함으로써 지중 열원의 스트레스를 적어도 일부 회복시킬 수 있고,First, when any one of the first to fourth heat pumps is operated for heating (or hot water supply), some of the heat source water discharged from the remaining heat pumps is supplied to any one of the heat pumps, thereby reducing the stress of the underground heat source. Can at least partially recover,

둘째, 제1히트펌프와 제3히트펌프가 냉방운전하고, 제2히트펌프와 제4히트펌프가 난방(또는 급탕) 운전하는 경우(1:1 대응), 제2히트펌프 및 제4히트펌프에서 배출된 열원수의 온도가 상대적으로 낮아진 상태로 지중 열교환부에 공급되면서 지중 열원의 스트레스를 모두 회복시킬 수 있고,Second, when the first heat pump and the third heat pump are operated for cooling, and the second and fourth heat pumps are operated for heating (or hot water supply) (1:1 correspondence), the second and fourth heat pumps As the temperature of the heat source water discharged from is relatively lowered and supplied to the underground heat exchanger, all the stress of the underground heat source can be recovered.

셋째, 지중 열원의 스트레스가 회복되기 때문에 냉방 운전하는 히트펌프에 공급될 열원수의 온도를 낮출 수 있어 지중 열교환부에서 열원수를 공급받는 히트펌프의 COP를 향상시킬 수 있으며,Third, since the stress of the underground heat source is restored, the temperature of the heat source water to be supplied to the heat pump for cooling operation can be lowered, thereby improving the COP of the heat pump receiving the heat source water from the underground heat exchange unit.

넷째, 제1히트펌프 내지 제4히트펌프가 동시 냉방 또는 난방 모드로 동시 또는 개별 운전이 가능하여 급탕 히트펌프가 별도로 필요치 않고,Fourth, since the first heat pump to the fourth heat pump can be operated simultaneously or individually in a simultaneous cooling or heating mode, there is no need for a separate hot water heat pump,

다섯째, 난방(또는 급탕) 운전하는 히트펌프에 공급될 열원수의 압력을 제2펌프를 통해 보상할 수 있어 난방 운전하는 히트펌프가 유량 부족으로 인해 안전사고가 발생하는 것을 방지하는 효과가 있다.Fifth, it is possible to compensate the pressure of the heat source water to be supplied to the heat pump for heating (or hot water supply) operation through the second pump, so that the heat pump for heating operation is effective in preventing a safety accident due to insufficient flow rate.

도 1은 본 발명의 지중 열교환부가 매설된 상태를 도시하는 참고도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 지열 히트펌프 시스템을 개략적으로 도시하는 참고도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시에에 따른 지열 히트펌프 시스템을 개략적으로 도시하는 참고도이다.
도 4는 본 발명의 제3실시에에 따른 지열 히트펌프 시스템을 개략적으로 도시하는 참고도이다.
1 is a reference diagram showing a state in which an underground heat exchanger of the present invention is buried.
2 is a reference diagram schematically showing a geothermal heat pump system according to a first embodiment of the present invention.
3 is a reference diagram schematically showing a geothermal heat pump system according to a second embodiment of the present invention.
4 is a reference diagram schematically showing a geothermal heat pump system according to a third embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement them. It should be noted that, in the accompanying drawings, the same reference number is used as much as possible when indicating the same configuration in other drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or a known configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. In addition, certain features shown in the drawings are enlarged or reduced or simplified for ease of description, and the drawings and their components are not necessarily drawn to scale. However, those skilled in the art will readily understand these details.

도 1은 본 발명의 지중 열교환부가 매설된 상태를 도시하는 참고도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 지열 히트펌프 시스템을 개략적으로 도시하는 참고도이다.1 is a reference diagram showing a state in which an underground heat exchanger of the present invention is buried, and FIG. 2 is a reference diagram schematically showing a geothermal heat pump system according to a first embodiment of the present invention.

지중에 설치되는 매설 배관(10)은 제1토사층(11)에 매립되고, 제1토사층(11) 상면에 설정된 높이를 갖도록 제2토사층(12)이 적층된다. 이때 제2토사층(12) 내부에 매설 배관(10)이 배치되고, 그 위에 제3토사층(13)이 적층된다. 제3토사층(13)은 콘크리트나 아스팔트 등의 도로층 일 수 있다. 물론, 매설 배관(10)의 깊이나 위치에 따라서 제1토사층(11) 내지 제3토사층(13)은 생략되거나 더 추가될 수 있다. 예컨대, 제1토사층(11) 내지 제3토사층(13)은 관보호사 등이 적용될 수 있다. 이하에서, 매설 배관(10)은 지중 열교환부가 매설된 것을 일 예로 설명한다.The buried pipe 10 installed in the ground is buried in the first soil layer 11, and the second soil layer 12 is stacked to have a set height on the top surface of the first soil layer 11. At this time, the buried pipe 10 is disposed inside the second soil layer 12, and the third soil layer 13 is stacked thereon. The third soil layer 13 may be a road layer such as concrete or asphalt. Of course, the first soil layer 11 to the third soil layer 13 may be omitted or further added depending on the depth or position of the buried pipe 10. For example, pipe protection sand or the like may be applied to the first soil layer 11 to the third soil layer 13. Hereinafter, the buried pipe 10 will be described as an example in which the underground heat exchanger is buried.

본 발명의 실시예에 따른 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템(100, 200, 300)은 지열을 열원으로 하여 지중 열교환부(10)로부터 열교환 된 열원수가 제1히트펌프(1HP) 내지 제4히트펌프(4HP)를 순환하도록 구성될 수 있다.The geothermal heat pump system 100, 200, and 300 capable of restoring geothermal energy according to an embodiment of the present invention uses geothermal heat as a heat source, and the heat source water heat-exchanged from the underground heat exchange unit 10 is the first heat pump (1HP) to the first heat pump (1HP). It may be configured to circulate 4 heat pumps (4HP).

이러한 지열 히트펌프 시스템은 제1히트펌프(1HP) 내지 제4히트펌프(4HP)를 순환하는 열매체를 통하여 제1부하측 열교환부(1HE) 및 제2부하측 열교환부(2HE)에 냉난방 또는 급탕(온수)을 선택적으로 제공할 수 있다.This geothermal heat pump system provides cooling and heating or hot water supply (hot water) to the first load side heat exchange unit (1HE) and the second load side heat exchange unit (2HE) through a heat medium that circulates the first heat pump (1HP) to the fourth heat pump (4HP). ) Can be optionally provided.

제1히트펌프(1HP) 내지 제4히트펌프(4HP)는 냉방 또는 난방(급탕 포함) 모드로 동시 운전할 수 있고, 이 중 적어도 어느 하나의 히트펌프가 다른 모드로 개별 운전할 수도 있다. 예컨대, 제1히트펌프(1HP) 내지 제3히트펌프(3HP)는 냉방 모드로 운전하고, 제4히트펌프(4HP)는 급탕 모드로 운전할 수 있다.The first to fourth heat pumps 1HP to 4HP may be operated simultaneously in a cooling or heating (including hot water supply) mode, and at least one of the heat pumps may be individually operated in different modes. For example, the first heat pump 1HP to the third heat pump 3HP may be operated in a cooling mode, and the fourth heat pump 4HP may be operated in a hot water supply mode.

여기서, 제1히트펌프(1HP) 내지 제4히트펌프(4HP)는 지중에서 공급된 열원수와 부하측 열교환부(1HE, 2HE)로부터 공급된 열매체를 간접적으로 열교환하여 열원수로부터 열매체가 상대적으로 고온 또는 저온의 열 에너지를 받아서 부하측 열교환부에 냉방, 난방 및 급탕을 제공할 수 있다.Here, the first heat pump (1HP) to the fourth heat pump (4HP) indirectly exchange heat between the heat source water supplied from the ground and the heat medium supplied from the load side heat exchange units (1HE, 2HE), so that the heat medium from the heat source water is relatively high. Alternatively, cooling, heating, and hot water may be provided to the load-side heat exchanger by receiving low-temperature thermal energy.

지중에서 공급되는 열원수는 지하수가 될 수 있고, 히트펌프와 부하측 열교환부 사이에서 순환하는 열매체는 물, 공기, 냉매(R-22, R-134a 또는 R-410 등) 중 어느 하나가 선택적으로 적용될 수 있다. 이하에서는 열원수는 지하수이고, 열매체가 냉매로 적용된 것을 일 예로 들어 설명한다.The heat source water supplied from the ground can be ground water, and the heat medium circulating between the heat pump and the load-side heat exchanger is selectively selected from water, air, or refrigerant (R-22, R-134a or R-410, etc.). Can be applied. Hereinafter, the heat source water is groundwater, and a heat medium is applied as a refrigerant as an example.

이러한 히트펌프(1HP~4HP)의 열교환 구조는 냉방 운전 시, 냉매를 연속적으로 압축, 응축, 팽창하고, 부하측 열교환부(1HE, 2HE)로 하여금 실내에서 냉매의 증발을 통해 일반적인 냉동사이클을 통한 냉방이 이루어질 수 있다. 또한, 난방 운전 시, 냉동사이클의 역 사이클을 통해 부하측 열교환부로 하여금 실내에서 냉매의 응축을 통해 일반적인 난방 또는 급탕이 이루어질 수 있다.The heat exchange structure of these heat pumps (1HP~4HP) continuously compresses, condenses, and expands the refrigerant during cooling operation, and allows the load-side heat exchanger (1HE, 2HE) to evaporate the refrigerant in the room to cool it through a general refrigeration cycle. This can be done. In addition, during the heating operation, the load-side heat exchanger may perform general heating or hot water supply through condensation of the refrigerant indoors through the reverse cycle of the refrigeration cycle.

즉, 냉방 운전 시, 압축기, 사방밸브, 열원측 열교환부, 팽창밸브, 부하측 열교환부, 사방밸브, 압축기의 순서로 냉매가 순환하여 부하측 열교환부에서 저온 상태인 냉매를 통한 냉방이 이루어질 수 있다. 또한, 난방 운전 시, 압축기, 사방밸브, 부하측 열교환부, 팽창밸브, 열원측 열교환부, 사방밸브, 압축기(20)의 순서로 냉매가 순환하여 부하측 열교환부에서 고온 상태인 냉매를 통한 난방 또는 급탕이 이루어질 수 있다. 따라서 열원측 열교환부와 부하측 열교환부는 냉방과 난방 운전에 따라서 각각 증발기 또는 응축기 역할을 할 수 있다.That is, during the cooling operation, the refrigerant circulates in the order of a compressor, a four-way valve, a heat-source side heat exchanger, an expansion valve, a load-side heat exchanger, a four-way valve, and a compressor, so that cooling can be performed using a low-temperature refrigerant in the load-side heat exchanger. In addition, during the heating operation, the refrigerant circulates in the order of the compressor, the four-way valve, the load-side heat exchanger, the expansion valve, the heat-source-side heat exchanger, the four-way valve, and the compressor 20, and heating or hot water supply through the high-temperature refrigerant in the load-side heat exchanger This can be done. Therefore, the heat exchanger on the heat source side and the heat exchanger on the load side may serve as evaporators or condensers, respectively, depending on cooling and heating operations.

이때 열원수는 지중으로부터 열원과 열교환이 이루어지는데, 이는 지중 열교환부(10)를 통해서 이루어질 수 있다. 물론, 지중에서 공급되는 지하수나, 상수도, 하천, 해수로부터 제공된 물을 통해서 열원을 공급할 수도 있다. 지중 열교환부(10)는 지중에 설정된 깊이로 복수개의 'U'자 형상의 관이 매설되며, 지중 열교환부(10)를 통하여 지열의 열원(열 에너지)을 흡수한 열원수를 히트펌프로 공급할 수 있다. 지중 열교환부(10)는 지중에서 연간 평균 온도가 일정하게 유지되는 깊이로 설치되는 것이 바람직하며, 약 13~18℃의 온도 범위를 유지할 수 있다. 따라서 국내 기준으로 여름철과 겨울철에는 지열과 온도차이가 크게 벌어지기 때문에 이러한 큰 온도차를 활용함으로써 지중의 열원의 에너지를 통해 저렴한 비용으로 냉난방 또는 급탕을 제공할 수 있다.At this time, the heat source water is heat-exchanged with the heat source from the ground, which may be achieved through the ground heat exchange unit 10. Of course, it is also possible to supply a heat source through groundwater supplied from the ground, water supplied from waterworks, rivers, and seawater. In the underground heat exchanger 10, a plurality of'U' shaped tubes are buried at a depth set in the ground, and the heat source water absorbing the heat source (thermal energy) of the geothermal heat through the underground heat exchanger 10 is supplied to the heat pump. I can. The underground heat exchanger 10 is preferably installed at a depth at which the annual average temperature is maintained constant in the underground, and can maintain a temperature range of about 13 to 18°C. Therefore, since the temperature difference between geothermal heat and geothermal heat widens significantly in summer and winter based on domestic standards, by utilizing such a large temperature difference, it is possible to provide cooling and heating or hot water supply at low cost through the energy of the heat source in the ground.

본 발명의 제1실시예에 따른 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템(100)은 지중 열교환부(10), 제1히트펌프(1HP) 내지 제4히트펌프(4HP), 제1부하측 열교환부(1HE), 제2부하측 열교환부(2HE), 이들을 서로 연결하는 제1라인(110) 내지 제3라인(130) 및 냉매라인(140)을 포함할 수 있다.The geothermal heat pump system 100 capable of restoring geothermal energy in the ground according to the first embodiment of the present invention includes an underground heat exchange unit 10, a first heat pump (1HP) to a fourth heat pump (4HP), and a first load side heat exchanger. It may include a part 1HE, a second load-side heat exchange part 2HE, a first line 110 to a third line 130 and a refrigerant line 140 connecting them to each other.

먼저, 제1라인(110)은 지중 열교환부(10)로부터 제1히트펌프(1HP) 내지 제4히트펌프(4HP) 방향으로 열원수를 공급하도록 연결한다. 제1라인(110) 상에는 열원수의 공급 압력을 제공하는 제1펌프(1P)가 구비될 수 있다. 따라서, 제1라인(110)은 지중 열교환부(10)를 통해 지중에서 열원수가 열교환 된 상태(에너지를 가지고 있는 상태)의 열원수를 제1히트펌프(1HP) 내지 제4히트펌프(4HP)로 공급한다. 제1라인(110)은 지중 열교환부(10)로부터 각 4대의 히트펌프를 연결하는 제1-1라인(111) 내지 제1-4라인(114)을 포함한다. 여기서, 제1-1라인(111) 내지 제1-4라인(114)은 일부 구간에서 중첩 또는 병합될 수 있다.First, the first line 110 is connected to supply heat source water from the underground heat exchange unit 10 to the first heat pump (1HP) to the fourth heat pump (4HP). A first pump 1P providing a supply pressure of heat source water may be provided on the first line 110. Therefore, the first line 110 transfers heat source water in a state in which heat source water is heat-exchanged (having energy) in the ground through the underground heat exchange unit 10, from the first heat pump (1HP) to the fourth heat pump (4HP). To be supplied. The first line 110 includes a 1-1 line 111 to a 1-4 line 114 connecting each of the four heat pumps from the underground heat exchange unit 10. Here, the 1-1 line 111 to the 1-4 line 114 may be overlapped or merged in some sections.

제2라인(120)은 제1히트펌프(1HP) 내지 제4히트펌프(4HP)에서 배출되는 열교환이 완료된 열원수를 지중 열교환부(10)로 취합하여 배출하도록 연결한다. 제2라인(120)은 제1라인(110)이 열원수를 공급하는 것과 반대로 열원수를 배출하는 라인이다. 제2라인(120)을 통해 배출된 열원수는 각 히트펌프로부터 열원수가 열교환 된 상태(에너지를 소모한 상태)로 배출된다. 제2라인(120)은 각 히트펌프로부터 지중 열교환부를 연결하는 제2-1라인(121) 내지 제2-4라인(124)을 포함한다. 여기서, 제2-1라인(121) 내지 제2-4라인(124)은 일부 구간에서 중첩 또는 병합될 수 있다.The second line 120 is connected to collect and discharge heat source water for which heat exchange has been completed, discharged from the first heat pump 1HP to the fourth heat pump 4HP, to the underground heat exchange unit 10. The second line 120 is a line for discharging heat source water as opposed to the first line 110 supplying heat source water. The heat source water discharged through the second line 120 is discharged in a state in which heat source water is heat-exchanged from each heat pump (energy is consumed). The second line 120 includes 2-1 lines 121 to 2-4 lines 124 connecting the underground heat exchanger from each heat pump. Here, the 2-1 line 121 to the 2-4 line 124 may be overlapped or merged in some sections.

제3라인(130)은 제2라인(120) 상에서 분기되어 적어도 어느 하나의 제1라인(110)과 연결되어 제1히트펌프(1HP) 내지 제3히트펌프(3HP) 중 어느 하나의 히트펌프에서 배출된 열원수를 제4히트펌프(4HP)로 공급하도록 연결한다. 예컨대, 제3라인(130)은 제3히트펌프(3HP)에서 배출된 열교환을 마친 열원수를 제4히트펌프(4HP)로 다시 공급할 수 있다. 그리고, 제1히트펌프(1HP) 및 제2히트펌프(2HP)에서 배출되는 열원수는 제2라인(120)을 통해 지중 열교환부(10)로 배출될 수 있다. 제3라인(130)을 통해 제4히트펌프(2HP)로 공급되는 열원수는 제3히트펌프(1HP)가 냉방 운전 시, 제1라인(110)을 통해 공급받은 열원수에 비하여 온도가 높을 수 있다. 제3라인(130)은 제1-4라인(114)과 교차하는 부분에 제1삼방밸브(1V)가 구비될 수 있다. 따라서, 제1삼방밸브(1V)의 개폐방향에 따라서 지중 열교환부로(10)부터 제1-4라인(114)을 통한 저온의 열원수가 제4히트펌프(4HP)에 유입되거나, 또는 제3히트펌프(3HP)에서 배출된 고온의 열원수가 제3라인(130)을 거쳐 제4히트펌프(4HP)로 유입될 수 있다. 열원수를 고온과 저온으로 기재한 것은 열교환 전의 상태이거나 후의 상태를 나타내기 위한 상대적인 개념으로 이해할 수 있다. 제1-4라인(114)은 제3히트펌프(3HP)에서 배출된 열원수가 제4히트펌프(4HP)로 유입되는 경우, 열원수의 압력을 보상하기 위한 제2펌프(2P)가 구비될 수 있다. 제2펌프(2P)는 지중 열교환부(10)로부터 제1-4라인(114)을 통해서 제4히트펌프(4HP)로 열원수가 공급되는 경우 정지될 수 있다.The third line 130 is branched on the second line 120 and is connected to at least one of the first lines 110 to be connected to any one of the first heat pump 1HP to the third heat pump 3HP. It is connected to supply the heat source water discharged from the fourth heat pump (4HP). For example, the third line 130 may supply the heat source water that has been heat-exchanged discharged from the third heat pump 3HP back to the fourth heat pump 4HP. In addition, the heat source water discharged from the first heat pump 1HP and the second heat pump 2HP may be discharged to the underground heat exchange unit 10 through the second line 120. The heat source water supplied to the fourth heat pump 2HP through the third line 130 may have a higher temperature than the heat source water supplied through the first line 110 when the third heat pump 1HP is cooled. I can. The third line 130 may be provided with a first three-way valve 1V at a portion intersecting the first to fourth lines 114. Therefore, the low-temperature heat source water from the underground heat exchanger 10 through the line 1-4 114 flows into the fourth heat pump 4HP according to the opening and closing direction of the first three-way valve 1V, or the third heat The high-temperature heat source water discharged from the pump 3HP may flow into the fourth heat pump 4HP through the third line 130. The description of the heat source water as high temperature and low temperature can be understood as a relative concept to indicate the state before or after heat exchange. When the heat source water discharged from the third heat pump 3HP flows into the fourth heat pump 4HP, the 1-4 line 114 is provided with a second pump 2P for compensating the pressure of the heat source water. I can. The second pump 2P may be stopped when the heat source water is supplied from the underground heat exchange unit 10 to the fourth heat pump 4HP through the 1-4 line 114.

제1히트펌프(1HP) 내지 제4히트펌프(4HP)와 제1부하측 열교환부(1HE) 내지 제2부하측 열교환부(2HE)는 각각 제1냉매라인(141) 내지 제4냉매라인(144)을 통해 연결된다. 각 냉매라인 역시 각 부하측 열교환부에 인접한 부분에서는 중첩되거나 병합될 수 있다. 제1냉매라인(141) 내지 제4냉매라인(144)은 제1부하측 열교환부(1HE)와 제2부하측 열교환부(2HE)를 선택적으로 연결할 수 있다. 예컨대, 제4냉매라인(144)은 제4히트펌프(4HP)로부터 제1부하측 열교환부(1HE) 또는 제2부하측 열교환부(2HE)를 연결할 수 있다. 그리고 제4냉매라인(144)이 제1부하측 열교환부(1HE)와 제2부하측 열교환부(2HE)로 각각 분기되는 부분에 제2삼방밸브(2V)가 구비될 수 있다. 제2삼방밸브(2V)는 제4히트펌프(4HP)의 냉방 또는 난방(급탕) 운전에 따라서 제1부하측 열교환부(1HE) 또는 제2부하측 열교환부(2HE) 방향으로 선택적으로 개폐될 수 있다.The first heat pump (1HP) to the fourth heat pump (4HP) and the first load-side heat exchange part (1HE) to the second load-side heat exchange part (2HE) are respectively a first refrigerant line 141 to a fourth refrigerant line 144 It is connected through. Each refrigerant line may also be overlapped or merged in a portion adjacent to each load-side heat exchanger. The first to fourth refrigerant lines 141 to 144 may selectively connect the first load-side heat exchange part 1HE and the second load-side heat exchange part 2HE. For example, the fourth refrigerant line 144 may connect the first load side heat exchange unit 1HE or the second load side heat exchange unit 2HE from the fourth heat pump 4HP. In addition, a second three-way valve 2V may be provided at a portion where the fourth refrigerant line 144 diverges into the first load-side heat exchange part 1HE and the second load-side heat exchange part 2HE, respectively. The second three-way valve 2V may be selectively opened and closed in the direction of the first load side heat exchange unit 1HE or the second load side heat exchange unit 2HE according to the cooling or heating (hot water) operation of the fourth heat pump 4HP. .

본 발명의 제1실시예에 따른 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템(100)은 복수의 히트펌프가 구비된 구조에서 일부 열원수가 급탕용 히트펌프(예컨대, 제4히트펌프)에 공급됨으로써, 급탕용 히트펌프로부터 배출된 열원수를 통해 지중 열교환부의 지중 열원의 스트레스가 적어도 일부분 회복시킬 수 있다. 또한, 급탕용 히트펌프를 제외한 나머지 냉방용 히트펌프(예컨대, 제1히트펌프 내지 제3히트펌프)에 공급될 열원수의 온도를 낮출 수 있어 지중 열교환부에서 열원수를 공급받는 히트펌프의 COP를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In the geothermal heat pump system 100 capable of restoring geothermal energy in the ground according to the first embodiment of the present invention, some heat source water is supplied to a heat pump for hot water supply (eg, a fourth heat pump) in a structure equipped with a plurality of heat pumps. , Through the heat source water discharged from the heat pump for hot water supply, the stress of the underground heat source of the underground heat exchange unit may be at least partially recovered. In addition, it is possible to lower the temperature of the heat source water to be supplied to the cooling heat pumps (e.g., the first heat pump to the third heat pump) except for the heat pump for hot water supply. There is an effect that can improve.

도 3은 본 발명의 제2실시에에 따른 지열 히트펌프 시스템을 개략적으로 도시하는 참고도이다.3 is a reference diagram schematically showing a geothermal heat pump system according to a second embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제2실시에에 따른 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템(200)은 전기한 제1실시예와 비교하여 제3라인의 연결구조에 있어 차이점이 있다. 이하에서, 전기한 참조부호와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.Referring to FIG. 3, a geothermal heat pump system 200 capable of restoring geothermal energy according to a second embodiment of the present invention has a difference in a connection structure of a third line compared to the first embodiment. Hereinafter, the same reference numerals as the above-described reference numerals denote the same elements.

제3히트펌프(3HP)의 제2-3라인(123)과 제4히트펌프(4HP)의 제1-4라인(114) 사이에는 제3라인(230)이 구비된다.A third line 230 is provided between the line 2-3 123 of the third heat pump 3HP and the line 1-4 114 of the fourth heat pump 4HP.

제3라인(230)은 제2-3라인(123)으로부터 분기된 일 단부에 구비된 제1삼방밸브(1V)와, 제1-4라인(114)과 제3라인(230)이 교차하는 타 단부에 구비된 제2삼방밸브(2V)를 연결한다.The third line 230 is a first three-way valve (1V) provided at one end branched from the 2-3 line 123, and the line 1-4 114 and the third line 230 crossing. Connect the second three-way valve (2V) provided at the other end.

본 발명의 제2실시예에 따른 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템(200)에서는 제3히트펌프(3HP)에서 배출된 열원수만이 제4히트펌프(4HP)로 공급되거나, 제1-4라인(114)을 통해서 열원수가 제4히트펌프(4HP)로 공급될 수 있다. 즉, 제1실시예에서는 제1히트펌프 내지 제3히트펌프에서 배출되는 열원수의 일부가 제4히트펌프로 재공급될 수 있지만, 제2실시예에서는 제3히트펌프(3HP)와 제4히트펌프(4HP)가 일대일로 열원수를 재공급할 수 있다. 따라서 제1히트펌프(1HP) 및 제2히트펌프(2HP)에서 배출된 열원수는 각각 제2-1라인(121)과 제2-2라인(122)을 통해 지중 열교환부(10)로 배출된다. 그리고, 제3라인(230) 상에는 제3히트펌프(3HP)에서 배출된 열원수의 압력을 보상하는 제2펌프(2P)가 구비될 수 있다.In the geothermal heat pump system 200 capable of restoring underground geothermal energy according to the second embodiment of the present invention, only the heat source water discharged from the third heat pump 3HP is supplied to the fourth heat pump 4HP, or Heat source water may be supplied to the fourth heat pump 4HP through the 4 line 114. That is, in the first embodiment, some of the heat source water discharged from the first to third heat pumps may be resupplied to the fourth heat pump, but in the second embodiment, the third heat pump 3HP and the fourth The heat pump (4HP) can resupply heat source water on a one-to-one basis. Therefore, the heat source water discharged from the first heat pump (1HP) and the second heat pump (2HP) is discharged to the underground heat exchange unit 10 through the 2-1 line 121 and the 2-2 line 122, respectively. do. In addition, a second pump 2P for compensating the pressure of the heat source water discharged from the third heat pump 3HP may be provided on the third line 230.

본 발명의 제2실시예에 따른 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템(200)의 구조에서는 제3히트펌프(3HP)가 냉방운전 하고, 제4히트펌프(4HP)의 급탕 운전이 필요한 경우 제1삼방밸브(1V)가 제3라인(230) 방향으로 개방되기 때문에 제3라인(230) 상에서 열원수의 열 에너지 변화에 따른 COP 감소를 줄일 수 있다. 즉, 제1실시예에서는 제1히트펌프 내지 제3히트펌프에서 배출되는 열원수가 합쳐지고 이 중 일부가 제4히트펌프로 공급되기 때문에 열원수 재공급 과정에서 열 에너지 손실이 더 많이 발생할 수 있지만, 제2실시예에서는 제3히트펌프(3HP)에서 배출된 열원수가 바로 제4히트펌프(4HP)로 공급될 수 있어 열원수 재공급 과정이 짧아지게 되고, 이로써 열 에너지 손실을 줄일 수 있는 것이다. 또한, 제3라인(230)에는 제1실시예에 따른 제2펌프에 비하여 보다 적은 용량의 제2펌프(2P)를 적용할 수 있는 이점이 있다.In the structure of the geothermal heat pump system 200 capable of restoring underground geothermal energy according to the second embodiment of the present invention, when the third heat pump 3HP is operated for cooling and hot water operation of the fourth heat pump 4HP is required Since the first three-way valve 1V is opened in the direction of the third line 230, it is possible to reduce a reduction in COP due to a change in thermal energy of the heat source water on the third line 230. That is, in the first embodiment, since the heat source water discharged from the first heat pump to the third heat pump is combined and some of the heat source water is supplied to the fourth heat pump, more heat energy loss may occur in the process of resupplying the heat source water. , In the second embodiment, the heat source water discharged from the third heat pump 3HP can be directly supplied to the fourth heat pump 4HP, so that the heat source water resupply process is shortened, thereby reducing heat energy loss. . In addition, the third line 230 has the advantage of being able to apply the second pump 2P having a smaller capacity than the second pump according to the first embodiment.

제1히트펌프(1HP) 내지 제4히트펌프(4HP)와 제1부하측 열교환부(1HE) 내지 제2부하측 열교환부(2HE)는 각각 제1냉매라인(141) 내지 제4냉매라인(144)을 통해 연결된다. 각 냉매라인 역시 각 부하측 열교환부에 인접한 부분에서는 중첩되거나 병합될 수 있다. 제1냉매라인(141) 내지 제4냉매라인(144)은 제1부하측 열교환부(1HE)와 제2부하측 열교환부(2HE)를 선택적으로 연결할 수 있다. 예컨대, 제4냉매라인(144)은 제4히트펌프(4HP)로부터 제1부하측 열교환부(1HE) 또는 제2부하측 열교환부(2HE)를 연결할 수 있다. 그리고 제4냉매라인(144)이 제1부하측 열교환부(1HE)와 제2부하측 열교환부(2HE)로 각각 분기되는 부분에 제3삼방밸브(3V)가 구비될 수 있다. 제3삼방밸브(3V)는 제4히트펌프(4HP)의 냉방 또는 난방(급탕) 운전에 따라서 제1부하측 열교환부(1HE) 또는 제2부하측 열교환부(2HE) 방향으로 선택적으로 개폐될 수 있다.The first heat pump (1HP) to the fourth heat pump (4HP) and the first load-side heat exchange part (1HE) to the second load-side heat exchange part (2HE) are respectively a first refrigerant line 141 to a fourth refrigerant line 144 It is connected through. Each refrigerant line may also be overlapped or merged in a portion adjacent to each load-side heat exchanger. The first to fourth refrigerant lines 141 to 144 may selectively connect the first load-side heat exchange part 1HE and the second load-side heat exchange part 2HE. For example, the fourth refrigerant line 144 may connect the first load side heat exchange unit 1HE or the second load side heat exchange unit 2HE from the fourth heat pump 4HP. In addition, a third three-way valve 3V may be provided at a portion where the fourth refrigerant line 144 diverges into the first load-side heat exchange part 1HE and the second load-side heat exchange part 2HE, respectively. The third three-way valve 3V may be selectively opened and closed in the direction of the first load side heat exchange unit 1HE or the second load side heat exchange unit 2HE according to the cooling or heating (hot water) operation of the fourth heat pump 4HP. .

도 4는 본 발명의 제3실시에에 따른 지열 히트펌프 시스템을 개략적으로 도시하는 참고도이다.4 is a reference diagram schematically showing a geothermal heat pump system according to a third embodiment of the present invention.

본 발명의 제3실시에에 따른 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템(300)은 제2-3라인(123)으로부터 분기된 부분에 구비된 제1삼방밸브(1V)와, 제1삼방밸브(1V)와 제1-4라인(114)이 교차하는 부분에 구비된 제2삼방밸브(2V)를 연결하는 제3-1라인(331)과, 제2-1라인(121)으로부터 분기된 부분에 구비된 제3삼방밸브(3V)와, 제3삼방밸브(3V)와 제2-1라인(121)이 교차하는 부분에 구비된 제4삼방밸브(4V)를 연결하는 제3-2라인(332)을 포함한다. 즉, 제1히트펌프(1HP)는 제2히트펌프(2HP)와 쌍을 이루고, 제3히트펌프(3HP)는 제4히트펌프(4HP)와 쌍을 이루어 냉방 또는 난방 모드로 동시 운전을 하거나, 또는 제1히트펌프(1HP) 내지 제4히트펌프(4HP) 중 적어도 하나 이상이 서로 다른 모드로 개별 운전을 수행할 수 있다.The geothermal heat pump system 300 capable of restoring geothermal energy in the ground according to the third embodiment of the present invention includes a first three-way valve (1V) provided in a branched portion from the 2-3 line 123, and a first three-way Branched from the 3-1 line 331 and the 2-1 line 121 connecting the second three-way valve 2V provided at the intersection of the valve 1V and the 1-4 line 114 A third connecting the third three-way valve (3V) provided in the formed portion and the fourth three-way valve (4V) provided at the intersection of the third three-way valve (3V) and the line 2-1 (121). It includes two lines 332. That is, the first heat pump (1HP) is paired with the second heat pump (2HP), and the third heat pump (3HP) is paired with the fourth heat pump (4HP) to simultaneously operate in a cooling or heating mode, or Alternatively, at least one of the first heat pump 1HP to the fourth heat pump 4HP may perform individual operation in different modes.

다시 말해, 본 발명의 제3실시에에 따른 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템(300)은 제1히트펌프(1HP) 내지 제4히트펌프(4HP)가 냉방과 급탕을 1:1 대응으로 구동할 수 있다. 냉방과 급탕이 동시에 필요한 곳에서 에너지 효율을 최대화 할 수 있고, 또한 유지 비용을 최소화할 수 있는 효과가 있다. 본 실시예에서는 히트펌프가 4대 구동하는 것을 일 예로 설명하지만, 1:1 대응이 가능한 적어도 둘 이상의 복수개 히트펌프가 설치된 구조라면 적용 가능하다.In other words, in the geothermal heat pump system 300 capable of restoring geothermal energy in the ground according to the third embodiment of the present invention, the first heat pump (1HP) to the fourth heat pump (4HP) responds 1:1 to cooling and hot water supply. Can be driven by Energy efficiency can be maximized where cooling and hot water supply are required at the same time, and there is an effect of minimizing maintenance costs. In this embodiment, four heat pumps are driven as an example, but it is applicable if at least two or more heat pumps capable of 1:1 correspondence are installed.

그리고, 제3라인(331, 332)은 각각 제1히트펌프(1HP)와 제2히트펌프(2HP)에 인접하게 제3-1라인(331)이 배치되고, 제3히트펌프(3HP)와 제4히트펌프(4HP)에 인접하게 제3-2라인(332)이 배치될 수 있다. 또한, 제3-1라인(331)과 제3-2라인(332)에는 제2히트펌프(2HP) 또는 제4히트펌프(4HP)에 공급될 열원수의 압력을 보상하는 제2펌프(2P)가 구비될 수 있다.In addition, the third line 331, 332 is disposed adjacent to the first heat pump (1HP) and the second heat pump (2HP), the 3-1 line 331, the third heat pump (3HP) and The 3-2 line 332 may be disposed adjacent to the fourth heat pump 4HP. In addition, in the 3-1 line 331 and the 3-2 line 332, a second pump 2P compensating the pressure of the heat source water to be supplied to the second heat pump 2HP or the fourth heat pump 4HP. ) May be provided.

제1히트펌프(1HP) 내지 제4히트펌프(4HP)는 제1부하측 열교환부(1HE) 및 제2부하측 열교환부(2HE)와 연결된다. 이때, 제1히트펌프(1HP) 내지 제4히트펌프(4HP)와 제1부하측 열교환부(1HE) 및 제2부하측 열교환부(2HE) 사이에서 냉매를 전달하는 제1냉매라인(341) 내지 제4냉매라인(344)이 구비된다. 각 제1냉매라인(341) 내지 제4냉매라인(344)은 일부 구간에서 중첩 또는 병합될 수 있다. 제1냉매라인(341) 내지 제4냉매라인(344)은 제1부하측 열교환부(1HE)와 제2부하측 열교환부(2HE)를 선택적으로 연결할 수 있다. 즉, 제1히트펌프(1HP) 내지 제4히트펌프(4HP)가 냉방 운전하는 경우 제1부하측 열교환부(1HE)로 냉매를 공급하고, 난방 운전하는 경우 제2부하측 열교환부(2HE)로 냉매를 공급하며, 1:1 운전하는 경우 제1히트펌프(1HP)와 제3히트펌프(3HP)는 제1부하측 열교환부(1HE)로 냉매를 공급하고 제2히트펌프(2HP)와 제4히트펌프(4HP)는 제2부하측 열교환부(2HE)로 냉매를 공급할 수 있다.The first to fourth heat pumps 1HP to 4HP are connected to the first load-side heat exchange part 1HE and the second load-side heat exchange part 2HE. At this time, the first to the first refrigerant lines 341 to the fourth heat pump (4HP) to transfer the refrigerant between the first heat pump (1HP) to the fourth heat pump (4HP), the first load-side heat exchange unit (1HE) and the second load-side heat exchange unit (2HE). Four refrigerant lines 344 are provided. Each of the first refrigerant line 341 to the fourth refrigerant line 344 may be overlapped or merged in some sections. The first refrigerant line 341 to the fourth refrigerant line 344 may selectively connect the first load-side heat exchange part 1HE and the second load-side heat exchange part 2HE. That is, when the first heat pump (1HP) to the fourth heat pump (4HP) is in cooling operation, the refrigerant is supplied to the first load-side heat exchange unit (1HE), and in the case of heating operation, the refrigerant is supplied to the second load-side heat exchange unit (2HE). In the case of 1:1 operation, the first heat pump (1HP) and the third heat pump (3HP) supply refrigerant to the first load-side heat exchange unit (1HE), and the second heat pump (2HP) and the fourth heat are The pump 4HP may supply the refrigerant to the second load-side heat exchange unit 2HE.

제2냉매라인(342)과 제4냉매라인(344) 사이에는 제5냉매라인(345)이 구비된다. 이때, 제2냉매라인(342)과 제5냉매라인(345)이 교차하는 부분에 제5삼방밸브(5V)가 구비되고, 제4냉매라인(344)과 제5냉매라인(345)이 교차하는 부분에 제6삼방밸브(6V)가 구비된다. 제5삼방밸브(5V)는 제2히트펌프(2HP)가 냉방 운전하는 경우 제1부하측 열교환부(1HE)로 냉매를 공급하거나, 난방 운전하는 경우 제2부하측 열교환부(2HE)로 냉매를 공급하도록 개폐된다. 또한, 제6삼방밸브(6V)는 제4히트펌프(4HP)가 냉방 운전하는 경우 제1부하측 열교환부(1HE)로 냉매를 공급하거나, 난방 운전하는 경우 제2부하측 열교환부(2HE)로 냉매를 공급하도록 개폐된다.A fifth refrigerant line 345 is provided between the second refrigerant line 342 and the fourth refrigerant line 344. At this time, a fifth three-way valve (5V) is provided at the intersection of the second refrigerant line 342 and the fifth refrigerant line 345, and the fourth refrigerant line 344 and the fifth refrigerant line 345 cross. A sixth three-way valve (6V) is provided in the portion. The fifth three-way valve (5V) supplies refrigerant to the heat exchange unit (1HE) on the first load side when the second heat pump (2HP) is in cooling operation, or supplies the refrigerant to the heat exchange unit (2HE) on the second load side when the heating operation is performed. To be opened and closed. In addition, the sixth three-way valve (6V) supplies refrigerant to the first load-side heat exchange unit (1HE) when the fourth heat pump (4HP) is operating, or to the second load-side heat exchange unit (2HE) when the fourth heat pump (4HP) operates. It is opened and closed to supply.

본 발명에 따른 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템에 따르면 제1히트펌프 내지 제4히트펌프 중 어느 하나의 히트펌프가 난방(또는 급탕) 운전하는 경우, 나머지 히트펌프에서 배출된 열원수 일부가 어느 하나의 히트펌프로 공급함으로써 지중 열원의 스트레스를 적어도 일부 회복시킬 수 있고, 제1히트펌프와 제3히트펌프가 냉방운전하고, 제2히트펌프와 제4히트펌프가 난방(또는 급탕) 운전하는 경우(1:1 대응), 제2히트펌프 및 제4히트펌프에서 배출된 열원수의 온도가 상대적으로 낮아진 상태로 지중 열교환부에 공급되면서 지중 열원의 스트레스를 모두 회복시킬 수 있고, 지중 열원의 스트레스가 회복되기 때문에 냉방 운전하는 히트펌프에 공급될 열원수의 온도를 낮출 수 있어 지중 열교환부에서 열원수를 공급받는 히트펌프의 COP를 향상시킬 수 있으며, 제1히트펌프 내지 제4히트펌프가 동시 냉방 또는 난방 모드로 동시 또는 개별 운전이 가능하여 급탕 히트펌프가 별도로 필요치 않고, 난방(또는 급탕) 운전하는 히트펌프에 공급될 열원수의 압력을 제2펌프를 통해 보상할 수 있어 난방 운전하는 히트펌프가 유량 부족으로 인해 안전사고가 발생하는 것을 방지하는 효과가 있다.According to the geothermal heat pump system capable of restoring geothermal energy in the ground according to the present invention, when any one of the first heat pump to the fourth heat pump operates for heating (or hot water supply), some of the heat source water discharged from the remaining heat pumps By supplying to any one of the heat pumps, it is possible to recover at least a part of the stress of the underground heat source, the first heat pump and the third heat pump are operated for cooling, and the second heat pump and the fourth heat pump are heated (or hot water supply). In the case of operation (1:1 response), the temperature of the heat source water discharged from the second heat pump and the fourth heat pump is relatively lowered and supplied to the underground heat exchanger, thereby recovering all the stress of the underground heat source. Since the stress of the heat source is restored, the temperature of the heat source water to be supplied to the heat pump for cooling operation can be lowered, thereby improving the COP of the heat pump that receives the heat source water from the underground heat exchange unit. Since the pump can be operated simultaneously or individually in a simultaneous cooling or heating mode, a hot water heat pump is not required, and the pressure of the heat source water to be supplied to the heat pump operating heating (or hot water supply) can be compensated through the second pump. There is an effect of preventing a safety accident due to a lack of flow rate in the operated heat pump.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의해 결정되어야 한다.Although shown and described above by specific embodiments to illustrate the technical idea of the present invention, the present invention is not limited to the same configuration and operation as the specific embodiment as described above, and various modifications do not depart from the scope of the present invention. Can be carried out within. Accordingly, such modifications should also be considered to be within the scope of the present invention, and the scope of the present invention should be determined by the claims to be described later.

100, 200, 300 : 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템
110 : 1라인
120 : 2라인
130 : 3라인
140 : 냉매라인
1HP : 제1히트펌프
2HP : 제2히트펌프
3HP : 제3히트펌프
4HP : 제4히트펌프
1HE : 제1부하측 열교환부
2HE : 제2부하측 열교환부
100, 200, 300: Geothermal heat pump system capable of restoring geothermal energy from the ground
110: 1 line
120: 2 lines
130: 3 lines
140: refrigerant line
1HP: 1st heat pump
2HP: 2nd heat pump
3HP: 3rd heat pump
4HP: 4th heat pump
1HE: Heat exchange part on the first load side
2HE: Heat exchange part on the second load side

Claims (15)

제1펌프가 구비되어 지중 열교환부로부터 제1히트펌프 내지 제4히트펌프 방향으로 열원수를 각각 공급하는 제1라인;
상기 제1히트펌프 내지 제4히트펌프에서 열교환된 열원수를 취합하여 상기 지중 열교환부로 배출하는 제2라인; 및
상기 제2라인 상에서 분기되어 상기 제1라인과 연결되며, 상기 제1히트펌프 내지 제3히트펌프 중 적어도 어느 하나의 히트펌프에서 배출된 일부 열원수를 상기 제4히트펌프로 공급하는 제3라인;을 포함하고,
상기 제1라인은 상기 지중 열교환부로부터 각각 상기 제1히트펌프 내지 제4히트펌프를 연결하는 제1-1라인 내지 제1-4라인을 포함하고,
상기 제2라인은 각각의 상기 제1히트펌프 내지 제4히트펌프로부터 상기 지중 열교환부를 연결하는 제2-1라인 내지 제2-4라인을 포함하며,
상기 제3라인은 상기 제2-3라인으로부터 분기되어 상기 제1-4라인과 연결되고, 상기 제3라인과 제1-4라인이 교차하는 부분에 제1삼방밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템.
A first line provided with a first pump to supply heat source water from the underground heat exchange unit to the first heat pump to the fourth heat pump, respectively;
A second line for collecting heat source water heat-exchanged by the first to fourth heat pumps and discharging it to the underground heat exchanger; And
A third line branched on the second line and connected to the first line, and supplies some heat source water discharged from at least one of the first heat pump to the third heat pump to the fourth heat pump Including ;,
The first line includes lines 1-1 to 1-4 respectively connecting the first heat pumps to the fourth heat pumps from the underground heat exchanger,
The second line includes lines 2-1 to 2-4 connecting the underground heat exchange unit from each of the first heat pumps to the fourth heat pumps,
The third line is branched from the line 2-3 and is connected to the line 1-4, and a first three-way valve is provided at a portion where the third line and the line 1-4 intersect. Geothermal heat pump system capable of restoring geothermal energy in the ground.
삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 제 1-4라인은,
상기 제1삼방밸브와 제4히트펌프 사이에 배치되어 상기 제4히트펌프로 공급될 열원수의 압력을 보상하는 제2펌프를 포함하는 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템.
The method according to claim 1,
The first to fourth lines,
Geothermal heat pump system capable of restoring geothermal energy from the ground, including a second pump disposed between the first three-way valve and the fourth heat pump to compensate for the pressure of the heat source water to be supplied to the fourth heat pump.
청구항 1에 있어서,
상기 제3라인은,
상기 제2-3라인으로부터 분기된 일 단부에 구비된 제1삼방밸브와,
상기 제1-4라인과 교차하는 타 단부에 구비된 제2삼방밸브를 연결하는 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템.
The method according to claim 1,
The third line,
A first three-way valve provided at one end branched from the 2-3 line,
A geothermal heat pump system capable of restoring geothermal energy from the ground connecting a second three-way valve provided at the other end crossing the line 1-4.
청구항 5에 있어서,
상기 제3라인은,
상기 제1삼방밸브와 제2삼방밸브 사이에 배치되어 상기 제4히트펌프로 공급될 열원수의 압력을 보상하는 제2펌프를 포함하는 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템.
The method of claim 5,
The third line,
Geothermal heat pump system capable of restoring geothermal energy from the ground, including a second pump disposed between the first three-way valve and the second three-way valve to compensate for the pressure of the heat source water to be supplied to the fourth heat pump.
청구항 1에 있어서,
상기 제3라인은,
상기 제2-3라인으로부터 분기된 일 단부에 구비된 제1삼방밸브와, 상기 제1삼방밸브와 제1-4라인이 교차하는 타 단부에 구비된 제2삼방밸브를 연결하는 제3-1라인과,
상기 제2-1라인으로부터 분기된 일 단부에 구비된 제3삼방밸브와, 상기 제3삼방밸브와 제2-1라인이 교차하는 타 단부에 구비된 제4삼방밸브를 연결하는 제3-2라인을 포함하는 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템.
The method according to claim 1,
The third line,
3-1 connecting a first three-way valve provided at one end branched from the 2-3 line, and a second three-way valve provided at the other end where the first three-way valve and the 1-4 line intersect Line and,
3-2 connecting a third three-way valve provided at one end branched from the 2-1 line and a fourth three-way valve provided at the other end where the third three-way valve and the 2-1 line intersect Geothermal heat pump system capable of restoring geothermal energy in the ground including lines.
청구항 7에 있어서,
상기 제3-1라인과 제3-2라인은 각각 상기 제2히트펌프와 제4히트펌프에 공급될 열원수의 압력을 보상하는 제2펌프를 포함하는 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템.
The method of claim 7,
A geothermal heat pump system capable of restoring underground geothermal energy including a second pump for compensating the pressure of the heat source water to be supplied to the second heat pump and the fourth heat pump, respectively, in the 3-1 line and the 3-2 line. .
청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
상기 제1히트펌프 내지 제4히트펌프와 연결되는 제1부하측 열교환부 및 제2부하측 열교환부를 더 포함하고,
상기 제1히트펌프 내지 제4히트펌프와 상기 제1부하측 열교환부 또는 제2부하측 열교환부 사이에서 냉매를 선택적으로 전달하는 제1냉매라인 내지 제4냉매라인을 더 포함하는 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템.
The method according to claim 7 or 8,
Further comprising a first load side heat exchange unit and a second load side heat exchange unit connected to the first heat pump to the fourth heat pump,
Geothermal energy recovery is possible, further comprising first to fourth refrigerant lines for selectively transferring refrigerant between the first to fourth heat pumps and the first load-side heat exchanger or the second load-side heat exchanger. Geothermal heat pump system.
청구항 9에 있어서,
상기 제2냉매라인과 제4냉매라인을 연결하는 제5냉매라인을 더 포함하는 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템.
The method of claim 9,
Geothermal heat pump system capable of restoring geothermal energy in the ground, further comprising a fifth refrigerant line connecting the second refrigerant line and the fourth refrigerant line.
청구항 10에 있어서,
상기 제2냉매라인은 상기 제5냉매라인과 교차하는 부분에 구비된 제5삼방밸브를 포함하고,
상기 제4냉매라인은 상기 제1부하측 열교환부 또는 제2부하측 열교환부로 냉매를 선택 공급하는 제6삼방밸브를 포함하는 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템.
The method of claim 10,
The second refrigerant line includes a fifth three-way valve provided at a portion crossing the fifth refrigerant line,
The fourth refrigerant line is a geothermal heat pump system capable of restoring geothermal energy from the ground including a sixth three-way valve selectively supplying a refrigerant to the first load side heat exchange unit or the second load side heat exchange unit.
청구항 11에 있어서,
상기 제1히트펌프와 제3히트펌프가 상기 제1부하측 열교환부를 통해서 냉방운전 시, 상기 제3-1라인 및 제3-2라인을 통하여 고온의 열원수를 각각 상기 제2히트펌프와 제4히트펌프로 공급하고,
상기 제2히트펌프와 제4히트펌프를 통해서 상기 제2부하측 열교환부는 급탕을 공급하는 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템.
The method of claim 11,
When the first heat pump and the third heat pump are in cooling operation through the first load-side heat exchanger, high-temperature heat source water is supplied through the 3-1 line and the 3-2 line, respectively, the second heat pump and the fourth heat pump. Supplied by a heat pump,
A geothermal heat pump system capable of restoring geothermal energy from the ground through the second heat pump and the fourth heat pump to supply hot water to the second load-side heat exchanger.
청구항 12에 있어서,
상기 제2히트펌프와 제4히트펌프로부터 배출된 열원수는 상기 제1히트펌프와 제3히트펌프로부터 제공받은 열원수 보다 온도가 낮은 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템.
The method of claim 12,
A geothermal heat pump system capable of restoring underground geothermal energy in which the heat source water discharged from the second heat pump and the fourth heat pump is lower than the heat source water provided from the first heat pump and the third heat pump.
청구항 12에 있어서,
상기 지중 열교환부는,
상기 제4히트펌프 또는 상기 제2히트펌프와 제4히트펌프로부터 배출된 열원수를 통해서 지중 열원 에너지가 회복되는 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템.
The method of claim 12,
The underground heat exchange part,
A geothermal heat pump system capable of restoring underground geothermal energy in which underground heat source energy is recovered through the heat source water discharged from the fourth heat pump or the second heat pump and the fourth heat pump.
청구항 12에 있어서,
상기 제1히트펌프 내지 제4히트펌프는,
냉방 또는 난방 모드로 동시 운전을 하거나, 적어도 하나 이상이 서로 다른 모드로 개별 운전할 수 있는 지중 지열에너지 복원이 가능한 지열 히트펌프 시스템.
The method of claim 12,
The first to fourth heat pumps,
A geothermal heat pump system capable of restoring geothermal energy that can be operated simultaneously in cooling or heating mode, or at least one or more individually operated in different modes.
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