KR102286805B1 - An underground heat source heat pump system using ethanol having an intermediate heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 지중열교환기를 통한 지중열원을 이용하고, 냉매로는 에탄올 또는 브라인을 사용하며, 복수개의 중간열교환기를 이용하여 히트펌프부가 열원부 및 사용처와 직접적인 열교환을 이루지 않도록 폐루프형태를 가지도록 하는 에탄올 중간열교환기를 가지는 지중열원 히트펌프 시스템에 관한 것이다.The present invention uses a geothermal heat source through a geothermal heat exchanger, uses ethanol or brine as a refrigerant, and uses a plurality of intermediate heat exchangers to have a closed loop shape so that the heat pump unit does not directly exchange heat with the heat source unit and the place of use It relates to a geothermal heat source heat pump system having an ethanol intermediate heat exchanger.
종래의 히트펌프 시스템을 살펴보면, 열원측 순환수와 부하측 순환수를 히트펌프 내부에 설치된 응축기와 증발기에 직접 순환시켜 가열 또는 냉각시키는 구조로, 냉방 또는 난방을 행하는 구조를 가지고 있다.Looking at the conventional heat pump system, the heat source side circulating water and the load side circulating water are directly circulated to the condenser and the evaporator installed inside the heat pump to heat or cool, and has a structure for cooling or heating.
이러한 히트펌프는 저온에서 열을 취득하여 고온부분에 열을 전달하는 동작을 냉매의 상변화를 이용하는 장치로, 상변화 과정에서 냉매의 온도가 영하(-7℃)의 상태를 갖게 되는데 이때, 히트펌프의 증발기 내의 순환수(열원, 부하)가 동결되며, 해당기기를 동파시킬 수 있는 문제가 발생하게 되어, 다른 부동액을 사용해야만 하였다.Such a heat pump is a device that uses a phase change of a refrigerant to acquire heat at a low temperature and transfer heat to a high temperature part. The circulating water (heat source, load) in the evaporator of the pump was frozen, and there was a problem that could freeze the device, so another antifreeze had to be used.
또한, 일부 열원에서는 대량의 부동액을 필요로 하며, 연결 배관의 파손이나, 미미한 누설로 인한 부동액의 비중 감소로 동결온도가 상승하므로 지속적인 주입이 요구되는 단점이 있다.In addition, some heat sources require a large amount of antifreeze, and there is a disadvantage that continuous injection is required because the freezing temperature rises due to the decrease in the specific gravity of the antifreeze due to the damage of the connection pipe or the slight leakage.
더불어, 열원용 열교환기 연결배관의 파손이나 부동액 누설로 인하여 지하수 오염이 야기되고, 부동액인 아닌 순환수를 사용할 경우, 상온(5℃ 이상)에서만 사용함으로 가동 시간 및 용량의 제한이 발생하게 된다.In addition, groundwater contamination is caused by breakage of the heat exchanger connection pipe for heat source or antifreeze leakage, and when using circulating water that is not antifreeze, it is used only at room temperature (5°C or higher), so operation time and capacity are limited.
이에, 이러한 문제를 해결할 수 있는 장치의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.Accordingly, there is an urgent need to develop a device capable of solving these problems.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기존 히트펌프 시스템에서, 히트펌프부분들이 열원측과 부하측에 직접 연결되어 열교환을 하고, 순환수를 사용함에 따라 발생되는 각종 문제점 및 단점을 해결하고자 한 것으로, 지중열교환기를 통한 지중열원을 이용하며, 복수개의 중간열교환기를 열원측과 부하측에 각각 설치한 후, 이를 통해 히트펌프부와 열교환을 하도록 구성하여, 히트펌프부는 열원 또는 부하측과 직접적인 열교환이 없는 폐루프 형태를 가지도록 함으로서, 부동액의 사용량 저감 및 부동액의 외부 유출로 인한 환경오염을 사전에 방지할 수 있도록 하는 에탄올 중간열교환기를 가지는 지중열원 히트펌프 시스템을 제공하는데 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to perform heat exchange by directly connecting heat pump parts to a heat source side and a load side in an existing heat pump system, and to generate heat generated by using circulating water. In order to solve various problems and shortcomings, a geothermal heat source is used through an underground heat exchanger, and a plurality of intermediate heat exchangers are installed on the heat source side and the load side, respectively, and then heat exchange with the heat pump unit through this, and the heat pump unit To provide a geothermal heat source heat pump system having an ethanol intermediate heat exchanger that can reduce the amount of antifreeze used and prevent environmental pollution due to external leakage of antifreeze by having a closed loop form without direct heat exchange with a heat source or load side. there is.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.Other objects and advantages of the present invention will be set forth below and will be learned by way of example of the present invention. Further, the objects and advantages of the present invention may be realized by means and combinations indicated in the claims.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, The present invention is a means for solving the above problems,
지중열교환기(11)를 통한 지중열원이 사용되는 열원부(10);a
냉매(C) 응축을 위한 압축기(21), 냉매의 응축기 역할을 하는 제 1열교환기(23), 냉매의 압력을 낮추는 팽창밸브(24), 냉매의 증발기 역할을 하는 제 2열교환기(25)로 이루어지는 히트펌프부(20);A compressor (21) for condensing the refrigerant (C), a first heat exchanger (23) serving as a condenser of the refrigerant, an expansion valve (24) lowering the pressure of the refrigerant, and a second heat exchanger (25) serving as an evaporator of the refrigerant a
상기 열원부(10)와 히트펌프부(20) 사이에 설치되며, 열원부(10)와 연결된 제 1라인(L1)에서는 냉매로 물이 이용되되, 상기 히트펌프부(20)와 연결된 제 2라인(L2)에서는 에탄올 또는 브라인의 제 2냉매(B)가 사용되는 제 1중간열교환기(40);Installed between the
상기 히트펌프부(20)와 사용처(30) 사이에 설치되며, 히트펌프부(20)와 연결된 제 3라인(L3)에서는 에탄올 또는 브라인의 제 2냉매(B)가 사용되고, 사용처(30)와 연결된 제 4라인(L4)에서는 냉매로 물이 사용되는 제 2중간열교환기(50); 로 구성되어,The second refrigerant (B) of ethanol or brine is used in the third line (L3) connected to the
상기 제 2냉매(B)가 제 2, 3라인(L2, L3)에서만 사용되면서 히트펌프부(20)와 폐루프 형태를 가지며, 히트펌프부(20)의 냉매(C)가 열원부(10) 및 사용처(30)와 직접 열교환용으로는 사용되지 않음으로써, 파손 및 고장발생시 에탄올 또는 브라인이 외부로 누출되면서 발생되는 환경오염을 미연에 방지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.The second refrigerant (B) is used only in the second and third lines (L2, L3) and has a closed loop shape with the
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 히트펌프부에 2개의 중간열교환기를 배치하여, 열원부 및 사용처와 직접 열교환을 하지 않는 폐루프(Closed loop)를 구성하고, 히트펌프부에는 이용한 브라인을 주입 가동시킴으로써, 저온에서도 가동이 가능한 시스템의 구현이 가능한 효과가 있다.As described above, the present invention arranges two intermediate heat exchangers in the heat pump unit to form a closed loop that does not directly exchange heat with a heat source and a place of use, and injects the used brine into the heat pump unit. By doing so, there is an effect that it is possible to implement a system that can be operated even at low temperatures.
또한, 본 발명은 종래의 히트펌프시스템에 비해, 부동액의 사용량 저감 및 부동액의 외부 유출로 인한 환경오염이 방지되는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of reducing the amount of antifreeze used and preventing environmental pollution due to external leakage of the antifreeze, compared to the conventional heat pump system.
또한, 본 발명은 히트펌프부가 폐루프 구조를 가짐에 따라 파손이 방지되고, 중간열교환부 및 이와 연결된 열원측 또는 부하측의 배관은 청소 또는 교체하는 간단한 작업으로 유지보수가 가능한 손쉬운 효과가 있다.In addition, according to the present invention, damage is prevented as the heat pump unit has a closed loop structure, and the intermediate heat exchange unit and the piping on the heat source side or load side connected thereto can be easily maintained with a simple operation of cleaning or replacing.
또한, 본 발명은 사용처 및 열원부를 히트펌프부와 연결함에 있어서, 물을 냉매로 사용하는 라인과 에탄올 또는 브라인을 냉매로 사용하는 라인의 2가지 라인을 선택적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect of selectively using two lines: a line using water as a refrigerant and a line using ethanol or brine as a refrigerant in connecting the place of use and the heat source to the heat pump unit.
도 1은 본 발명에 따른 에탄올 중간열교환기를 가지는 지중열원 히트펌프 시스템을 나타낸 일실시예의 도면.
도 2는 본 발명에 따른 에탄올 중간열교환기를 가지는 지중열원 히트펌프 시스템의 또 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 지중열교환기의 예시를 나타낸 도면.1 is a view of an embodiment showing a geothermal heat source heat pump system having an ethanol intermediate heat exchanger according to the present invention.
2 is a view showing another embodiment of a geothermal heat source heat pump system having an ethanol intermediate heat exchanger according to the present invention.
3 is a view showing an example of a geothermal heat exchanger according to the present invention.
본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도하지 않는다.Before describing various embodiments of the present invention in detail, it is to be understood that the application is not limited to the details of the construction and arrangement of components described in the following detailed description or shown in the drawings. The invention is capable of being embodied and practiced in other embodiments and of being carried out in various ways. Also, device or element orientation (eg "front", "back", "up", "down", "top", "bottom") The expressions and predicates used herein with respect to terms such as ", "left", "right", "lateral", etc. are used merely to simplify the description of the invention, and the associated apparatus Or it will be appreciated that it does not simply indicate or imply that an element must have a particular orientation. Also, terms such as “first” and “second” are used in this application and the appended claims for the purpose of description and are not intended to indicate or imply relative importance or spirit.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징을 갖는다.In order to achieve the above object, the present invention has the following features.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor should properly understand the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the configuration shown in the embodiments and drawings described in the present specification is only the most preferred embodiment of the present invention and does not represent all of the technical spirit of the present invention, so at the time of the present application, various It should be understood that there may be equivalents and variations.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에탄올 중간열교환기를 가지는 지중열원 히트펌프 시스템을 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a geothermal heat source heat pump system having an ethanol intermediate heat exchanger according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3 .
본 발명의 에탄올 중간열교환기를 가지는 지중열원 히트펌프 시스템은 2가지 실시예를 포함한다.The geothermal heat source heat pump system having an ethanol intermediate heat exchanger of the present invention includes two embodiments.
1, 첫번째 실시예는 하기와 같으며, 히트펌프부(20), 제 1중간열교환기(40), 제 2중간열교환기(50)를 포함한다.1, the first embodiment is as follows, and includes a
상기 히트펌프부(20)는 지중열교환기(11)를 통한 지중열원이 사용되는 열원부(10)와, 열원부(10)의 열원을 사용하는 사용처(30) 사이에 설치되는 것이다.The
여기서 상기 열원부(10)로는 지중열교환기(11)를 통한 지중열원이 사용되도록 하며, 상기 지중열교환기(11)는 개방형 지중열교환기 또는 수직밀폐형 지중열교환기가 사용되고, 상기 사용처(30)로는 급탕배관, FCU(Fan Coil Unit), 축열조 등이 그 대상이 될 수 있음이다.Here, a geothermal heat source through a geothermal heat exchanger 11 is used as the
이러한 히트펌프부(20)의 구성을 자세히 살펴보면, 저온저압 기상의 냉매(C, 제 3냉매)를 고온고압으로 압축시키는 압축기(21), 상기 압축기(21)와 연결되어 냉매를 응축시키는 응축기 역할의 제 1열교환기(23)와, 제 1열교환기(23)를 거친 냉매의 압력을 낮추는 팽창밸브(24)와, 상기 팽창밸브(24)와 연결되어 냉매를 증발시키는 증발기 역할의 제 2열교환기(25)로 구성된다.Looking at the configuration of the
물론, 상기 제 1, 2열교환기(23, 25)는 히트펌프부(20)를 유동하는 냉매의 흐름방향에 따라, 응축기와 증발기 중 어느 하나로 사용될 수 있음이며, 이러한 냉매의 흐름방향 제어를 위해, 상기 히트펌프부(20) 내 냉매 관로상에는 사방밸브(22)가 설치될 수 있음은 당연하다.Of course, the first and
상기 제 1중간열교환기(40)는 전술된 열원부(10)와 히트펌프부(20) 사이에 설치되며, 열원부(10)와 연결된 제 1라인(L1)에서는 냉매로 물이 이용되되, 상기 히트펌프부(20)와 연결된 제 2라인(L2)에서는 에탄올 또는 브라인의 제 2냉매(B)가 사용되도록 한다.The first
상기 제 2중간열교환기(50)는 전술된 히트펌프부(20)와 사용처(30) 사이에 설치되며, 히트펌프부(20)와 연결된 제 3라인(L3)에서는 에탄올 또는 브라인의 제 2냉매(B)가 사용되고, 사용처(30)와 연결된 제 4라인(L4)에서는 냉매로 물이 사용되도록 한다.The second
즉, 상기 물이 아닌 에탄올 또는 브라인이 사용되는 제 2냉매(B)가 제 2, 3라인(L2, L3)에서만 사용되면서 히트펌프부(20)와 폐루프 형태를 가지며, 히트펌프부(20)의 냉매(C)가 열원부(10) 및 사용처(30)와 직접 열교환용으로는 사용되지 않음으로써, 파손 및 고장발생시 에탄올 또는 브라인이 외부로 누출되면서 발생되는 환경오염을 미연에 방지할 수 있도록 한 것이다.That is, the second refrigerant (B) in which ethanol or brine is used instead of water is used only in the second and third lines (L2, L3) and has a closed loop shape with the
더불어, 상기 제 2, 3라인(L2, L3)에서 사용되는 제 2냉매(B)로, 에탄올이 사용되는 경우, 에탄올은 물과 혼합되어 에탄올 혼합물로 사용되며, 물에 에탄올은 10~15% 혼합되어, -6℃ 까지 동결되지 않도록 한다.In addition, as the second refrigerant (B) used in the second and third lines (L2, L3), when ethanol is used, ethanol is mixed with water and used as an ethanol mixture, and ethanol in water is 10 to 15% Mix and avoid freezing to -6°C.
이에, 본 발명에서는 상기 제 2, 3라인(L2, L3) 각각에, 측정수단(70)과 추가공급부(71)가 더 설치되어 있도록 한다.Accordingly, in the present invention, the measuring means 70 and the
상기 측정수단(70)은 제 2, 3라인(L2, L3) 각각에 유동되는 에탄올 혼합물의 일부를 검출하여, 에탄올과 물의 혼합비율이 사전설정 혼합비율 범위에 해당되는지 측정하는 장치이며, 상기 추가공급부(71)는 측정수단(40)에서 전달받은 측정값에 따라, 상기 제 2, 3라인(L2, L3)에 에탄올 또는 물을 공급하여, 에탄올 혼합물의 에탄올과 물이 사전설정 혼합비율 범위가 되도록 하는 것이다.The measuring means 70 is a device for detecting a part of the ethanol mixture flowing in each of the second and third lines (L2, L3), and measuring whether the mixing ratio of ethanol and water falls within a preset mixing ratio range, and the additional The
2. 두번째 실시예는 하기와 같으며, 첫번째 실시예에 제 3, 4열교환기(26, 27) 및 제 5, 6라인(L5, L6)이 더 부가되어 구성되어지는 것이다.2. The second embodiment is as follows, and the third and
상기 제 3열교환기(26)는 제 2중간열교환기(50)를 거치지 않고 제 4라인(L4)과 직접 연결되어 냉매로 물이 이용되는 제 6라인(L6)을 구비하며, 냉매의 응축기 역할을 하는 부가적인 열교환기이며,The
상기 제 4열교환기(27)도 제 1중간열교환기(40)를 거치지 않고 제 1라인(L1)과 연결되어 냉매로 물이 이용되는 제 5라인(L5)을 구비하며, 냉매의 증발기 역할을 하는 부가적인 열교환기로 사용된다.The
이를 위해, 상기 히트펌프부(20) 내에는 제 1분기라인(a)을 통해 압축기(21)를 거친 냉매가 제 1, 3열교환기(23, 26)로 분기될 수 있도록 연결시키고, 제 2분기라인(b)을 통해 팽창밸브(24)를 거친 냉매가 제 2, 4열교환기(25, 27)로 분기될 수 있도록 관로의 구성을 가지도록 한 것으로, 첫번째 실시예와 달리, 응축기와 증발기에 각각 2개의 열교환기가 선택적으로 사용되도록 구성한 것이다.To this end, in the
더불어, 상기 압축기(21)에서 라인(관로)이 분기되어 제 1, 3열교환기(23, 26)로 각각 냉매가 흐르는 제 1분기라인(a)에는 삼방밸브(3V) 등이 설치되며, 후술될 제어부(61)에 의해, 제 1, 3열교환기(23, 26) 중 한 곳으로 냉매가 유동될 수 있도록 제어되도록 한다. 물론, 상기 팽창밸브(24)에서 라인이 분기되어 제 2, 4열교환기(25, 27)로 각각 냉매가 흐르는 제 2분기라인(b)에도 삼방밸브(3V)가 설치되어, 후술될 제어부(61)에 의해, 제 2, 4열교환기(25, 27) 중 한곳으로 냉매가 유동될수 있도록 제어됨은 당연할 것이다.In addition, a three-way valve (3V), etc. is installed in the first branch line (a) where the line (pipe) is branched from the
이렇게 두번째 실시예에서 부가된 상기 제 5라인(L5)을 설명하면,When the fifth line L5 added in the second embodiment is described in this way,
상기 제 5라인(L5)은 열원부(10)와 제 4열교환기(27)를 직접 연결하며, 냉매로 물이 사용되는 라인으로서, 상기 열원부(10)의 열원을 곧바로 히트펌프부(20)의 제 4열교환기(27)를 통해 열교환으로 전달될 수 있도록 하는 것이다.The fifth line (L5) directly connects the
즉, 열원부(10)와 히트펌프부(20)는 제 5라인(L5)을 통해 물을 냉매로 이용하면서, 제 4열교환기(27)로 연결되는 구조와, 제 2라인(L2) 통한 에탄올 또는 브라인의 제 2냉매(B)를 이용하면서, 제 1, 2라인(L1, L2)을 통해 제 2열교환기(25)와 연결되는 구조의 총 2개의 냉매이동라인이 존재하는 것이다That is, the
두번째 실시예에서 부가된 상기 제 6라인(L6)을 설명하면,When explaining the sixth line L6 added in the second embodiment,
상기 제 6라인(L6)은 히트펌프부(20)의 제 3열교환기(26)를 사용처(30)와 직접 연결하는 라인으로서, 냉매로 물이 사용되는 라인이다.The sixth line (L6) is a line that directly connects the
즉, 히트펌프부(20)와 사용처(30)는 제 6라인(L6)을 통해 물을 냉매로 이용하면서 제 3열교환기(26)로 연결되는 구조와, 제 3라인(L3)을 통한 에탄올 또는 브라인의 제 2냉매(B)를 이용하면서, 제 3, 4라인(L3, L4)을 통해 제 1열교환기(23)와 연결되는 구조의 총 2개의 냉매이동라인이 존재하는 것이다.That is, the
전술된 바와 같이, 두번째 실시예에서는, As mentioned above, in the second embodiment,
상기 열원부(10)와 제 4열교환기(27)를 제 5라인(L5)을 통해 연결하고, 상기 사용처(30)와 제 3열교환기(26)를 제 6라인(L6)을 통해 연결하며, 이러한 상기 제 5라인(L5) 및 제 6라인(L6)에는 냉매로 물을 냉매로 사용하는 첫번째 냉매라인을 두고 있으며, 상기 열원부(10)와 제 1중간열교환기(40) 상호간의 제 1라인(L1) 및 제 2중간열교환기(50)와 사용처(30) 상호간인 제 4라인(L4)에서는 제 1냉매(A)로 물이 사용된다.The
하지만, 제 1중간열교환기(40)와 제 2열교환기(25) 사이를 연결하는 제 2라인(L2) 및 제 1열교환기(23)와 제 2중간열교환기(50) 사이를 연결하는 제 3라인(L3)에서는 냉매로 에탄올 또는 브라인(brine)의 제 2냉매(B)가 사용되어, 물을 냉매로 사용하지 않는 또 다른 냉매라인을 형성한 것이다.However, the second line (L2) connecting between the first intermediate heat exchanger (40) and the second heat exchanger (25) and the first connecting between the first heat exchanger (23) and the second intermediate heat exchanger (50) In line 3 (L3), a second refrigerant (B) of ethanol or brine is used as a refrigerant, thereby forming another refrigerant line that does not use water as a refrigerant.
이로써, 본 발명에서는 냉매(A)로 물(청수)만 사용되던 기존과 달리, 제 2냉매(B)를 사용하는 라인을 통해 저온에서도 구동이 가능하면서, 냉매인 물을 대신하여 전부 에탄올 또는 브라인으로 사용하지 않되, 일부분인 제 2, 3라인(L2, L3)에만 에탄올 또는 브라인을 사용하여, 에탄올 또는 브라인의 사용량을 저감할 수 있도록 한 것이다.Accordingly, in the present invention, unlike the existing method in which only water (fresh water) is used as the refrigerant (A), driving is possible even at low temperatures through the line using the second refrigerant (B), and all ethanol or brine instead of the refrigerant (water) However, ethanol or brine is used only in the second and third lines (L2, L3), which are part of it, so that the amount of ethanol or brine can be reduced.
더불어, 제 2, 3라인(L2, L3)에서 제 2냉매(B)를 사용함에 따라, 물을 냉매로 사용시 동절기에 물이 동결되며 관로 및 관로상의 여러장비들을 동파시킬 수 있는 단점의 해소가 가능함은 물론, 제 2, 3라인(L2, L3)이 히트펌프부(20)와 함께 상기의 구성처럼 폐루프로 구성됨에 따라, 폐루프 외부(제 1라인(L1) 및 제 4라인(L4))로는 에탄올 또는 브라인이 순환되지 않아, 열원부(10) 및 사용처(30)와 연결되는 관로 및 제 1, 2중간열교환기(40, 50)가 파손 및 고장이 발생되어도, 에탄올 또는 브라인이 외부로 누출되지 않아, 환경오염을 미연에 방지할 수 있는 것이다.In addition, as the second refrigerant (B) is used in the second and third lines (L2, L3), when water is used as a refrigerant, the water freezes in the winter season, and the disadvantage of freezing pipes and various equipment on the pipelines is solved. Of course, as the second and third lines L2 and L3 are configured in a closed loop as in the above configuration together with the
이에, 본 발명에서는 물을 냉매로 사용하는 제 5, 6라인(L5, L6)과, 냉매를 에탄올 또는 브라인을 사용하는 제 2, 3라인(L2, L3)을 선택적으로 사용하기 위해, 하기와 같은 온도센서(60), 제어부(61)를 구성한다.Accordingly, in the present invention, in order to selectively use the fifth and sixth lines (L5, L6) using water as a refrigerant and the second and third lines (L2, L3) using ethanol or brine as the refrigerant, the following and The
상기 온도센서(60)는 냉매로 물이 사용되어, 겨울철에 동파 위험이 있을 수 있지만, 겨울철 외에 효율이 좋아 사용이 가능한 제 5라인(L5)과 제 6라인(L6)에 각각 설치되는 것이다.The
상기 제어부(61)는 전술된 제 5, 6라인(L5, L6) 또는 제 2, 3라인(L2, L3) 중 어느하나가 개방되며 사용되도록 제어하는 것으로서, 상기 제 5, 6라인(L5, L6)을 사용하는 중에, 상기 온도센서(60)를 통한 제 5라인(L5) 또는 제 6라인(L6)에서의 측정한 온도값이, 상기 제 5, 6라인(L5, L6)에서 냉매로 사용되는 물이 결빙되는 사전설정 온도범위에 해당하게 되면, 냉매를 물로 사용하는 상기 제 5, 6라인(L5, L6)의 개폐밸브(V)를 각각 OFF하여 제 5, 6라인(L5, L6)을 사용중지하고, 에탄올 또는 브라인의 제 2냉매(B)를 사용하는 상기 제 2, 3라인(L2, L3)의 개폐밸브(V)를 각각 ON으로 구동함으로써 제 2, 3라인(L2, L3)을 사용하여, 제 5, 6라인(L5, L6)의 냉매(A) 동결로 장비 및 관로의 파손이나 고장이 발생되지 않도록 하는 것이다.The
물론, 이를 위해 상기 제어부(61)는 제 5, 6라인(L5, L6)에 설치된 온도센서(60)와 전기적으로 연결되어 있고, 제 1, 2분기라인(a, b)에서 제 1, 3열교환기(23, 26) 및 제 2, 4열교환기(25, 27)로 분기되는 관로에 설치되는 각 관로의 개폐밸브(V)를 제어하거나, 또는 제 1분기라인(a)에서 제 1, 3열교환기(23, 26)로 분기되는 부분 및 제 2분기라인(b)에서 제 2, 4열교환기(25, 27)로 분기되는 부분에 설치되는 삼방밸브(3V)의 on/off를 제어하여, 제 1, 3열교환기(23, 26) 중 하나로 히트펌프부(20)의 냉매가 유동되도록 하거나 또는 제 2, 4열교환기(25, 27) 중 하나로 히트펌프부(20)의 냉매가 유동되도록 제어되어야 함은 당연할 것이다.Of course, for this purpose, the
(다시말해, 제 5, 6라인(L5, L6)에 설치되는 온도센서(60)를 통해, 냉매인 물이 동결되는 사전설정 범위의 온도가 되는 경우, 온도센서(60)는 제어부(61)에 신호를 전달하고, 신호를 전달받은 제어부(61)에서는 제 5, 6라인(L5, L6)에 설치되어 있는 개폐밸브를 OFF작동시킴과 동시에, 냉매로 에탄올 또는 브라인이 사용되는 제 2, 3라인(L2, L3)을 대신 사용하게 위해, 제 2, 3라인(L2, L3)에 각각 설치되어 있는 개폐밸브(V)를 ON 작동시키는 것이다.(In other words, through the
이로써, 기존에 전체 장비간 냉매로 물만을 사용하는 경우에 비해, 동절기에 동파사고가 발생되는 것을 방지할 수 있고, 또한, 이와 반대로 냉매로 에탄올 또는 브라인 만을 사용하여 전체 관로를 이러한 냉매가 유동하도록 구성한 경우에 비해, 장비의 파손 등의 발생으로 냉매가 외부로 유출되면서 환경오염을 야기하거나, 장비 전체를 수리 또는 교체해야하는 문제도 발생되지 않는 것이다.)Accordingly, compared to the case of using only water as the refrigerant between all equipment in the prior art, it is possible to prevent a freeze accident from occurring in the winter season, and, conversely, only ethanol or brine is used as the refrigerant so that the refrigerant flows through the entire pipeline. Compared to the case of the configuration, the refrigerant leaks to the outside due to the occurrence of equipment damage, causing environmental pollution, or the problem of having to repair or replace the entire equipment.)
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described with reference to limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical spirit of the present invention and the following by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and changes are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.
10: 열원부 11: 지중열교환기
20: 히트펌프부 21: 압축기
22: 사방밸브 23: 제 1열교환기
24: 팽창밸브 25: 제 2열교환기
26: 제 3열교환기 27: 제 4열교환기
30: 사용처 40: 제 1중간열교환기
50: 제 2중간열교환기 60: 온도센서
61: 제어부 70: 측정수단
71: 추가공급부
a: 제 1분기라인 b: 제 2분기라인
A: 냉매 B: 제 2냉매
L1: 제 1라인 L2: 제 2라인
L3: 제 3라인 L4: 제 4라인
L5: 제 5라인 L6: 제 6라인
V: 개폐밸브 3V: 삼방밸브10: heat source part 11: underground heat exchanger
20: heat pump unit 21: compressor
22: four-way valve 23: first heat exchanger
24: expansion valve 25: second heat exchanger
26: third heat exchanger 27: fourth heat exchanger
30: place of use 40: first intermediate heat exchanger
50: second intermediate heat exchanger 60: temperature sensor
61: control unit 70: measuring means
71: additional supply unit
a: 1st branch line b: 2nd branch line
A: Refrigerant B: Second Refrigerant
L1: first line L2: second line
L3: 3rd line L4: 4th line
L5: 5th line L6: 6th line
V: on/off
Claims (6)
냉매(C) 응축을 위한 압축기(21), 냉매의 응축기 역할을 하는 제 1열교환기(23), 냉매의 압력을 낮추는 팽창밸브(24), 냉매의 증발기 역할을 하는 제 2열교환기(25)로 이루어지는 히트펌프부(20);
상기 열원부(10)와 히트펌프부(20) 사이에 설치되며, 열원부(10)와 연결된 제 1라인(L1)에서는 냉매로 물이 이용되되, 상기 히트펌프부(20)와 연결된 제 2라인(L2)에서는 에탄올의 제 2냉매(B)가 사용되는 제 1중간열교환기(40);
상기 히트펌프부(20)와 사용처(30) 사이에 설치되며, 히트펌프부(20)와 연결된 제 3라인(L3)에서는 에탄올의 제 2냉매(B)가 사용되고, 사용처(30)와 연결된 제 4라인(L4)에서는 냉매로 물이 사용되는 제 2중간열교환기(50); 로 구성되어,
상기 제 2냉매(B)가 제 2, 3라인(L2, L3)에서만 사용되면서 히트펌프부(20)와 폐루프 형태를 가지며, 히트펌프부(20)의 냉매(C)가 열원부(10) 및 사용처(30)와 직접 열교환용으로는 사용되지 않음으로써, 파손 및 고장발생시 에탄올이 외부로 누출되면서 발생되는 환경오염을 미연에 방지할 수 있도록 하며,
상기 제 2, 3라인(L2, L3) 각각에는
유동되는 에탄올 혼합물의 일부를 검출하여, 에탄올과 물의 혼합비율이 사전설정 혼합비율 범위에 해당되는지 측정하는 측정수단(70);
상기 측정수단(70)에서 전달받은 측정값에 따라, 상기 제 2, 3라인(L2, L3)에 에탄올 또는 물을 공급하여, 에탄올 혼합물의 에탄올과 물이 사전설정 혼합비율 범위가 되도록 하는 추가공급부(71); 를 포함하며,
상기 제 2냉매(B)로 에탄올이 사용되는 경우, 에탄올은 물과 혼합되어 에탄올 혼합물로 사용되며, 물에 에탄올은 10~15% 혼합되어, -6℃ 까지 동결되지 않도록 하고,
상기 지중열교환기(11)는 개방형 지중열교환기 또는 수직밀폐형 지중열교환기가 사용되며,
상기 히트펌프부(20)는
상기 제 2중간열교환기(50)를 거치지 않고 제 4라인(L4)과 직접 연결되어 냉매로 물이 이용되는 제 6라인(L6)을 구비하며, 냉매의 응축기 역할을 하는 제 3열교환기(26);
상기 제 1중간열교환기(40)를 거치지 않고 제 1라인(L1)과 연결되어 냉매로 물이 이용되는 제 5라인(L5)을 구비하며, 냉매의 증발기 역할을 하는 제 4열교환기(27); 가 더 포함되어 있도록 하고,
상기 제 5, 6라인(L5, L6)에 각각 설치되는 온도센서(60);
상기 제 1, 2중간열교환기(40, 50)의 사용여부에 따라, 상기 제 5, 6라인(L5, L6)의 이용여부를 제어하되,
상기 제 5, 6라인(L5, L6)이 사용시, 상기 온도센서(60)를 통한 제 5라인(L5) 또는 제 6라인(L6)에서의 측정한 온도값이, 물이 결빙되는 사전설정 온도범위에 해당되는 경우, 상기 제 5, 6라인(L5, L6)의 개폐밸브를 통해 관로를 OFF하고, 에탄올의 제 2냉매(B)를 사용하는 상기 제 2, 3라인(L2, L3)의 개폐밸브를 ON으로 구동함으로써, 물이 냉매로 사용되는 제 5, 6라인(L5, L6)의 동결로 장비의 파손 및 고장이 발생되지 않도록 하는 제어부(61); 가 구비되는 것을 특징으로 하는 에탄올 중간열교환기를 가지는 지중열원 히트펌프 시스템.
a heat source unit 10 in which a geothermal heat source is used through a geothermal heat exchanger 11;
A compressor (21) for condensing the refrigerant (C), a first heat exchanger (23) serving as a condenser of the refrigerant, an expansion valve (24) lowering the pressure of the refrigerant, and a second heat exchanger (25) serving as an evaporator of the refrigerant a heat pump unit 20 made of;
Installed between the heat source unit 10 and the heat pump unit 20 , water is used as a refrigerant in the first line L1 connected to the heat source unit 10 , and the second line connected to the heat pump unit 20 . In the line (L2), the first intermediate heat exchanger 40 in which the second refrigerant (B) of ethanol is used;
The second refrigerant (B) of ethanol is used in the third line (L3) connected to the heat pump unit 20 and installed between the heat pump unit 20 and the place of use (30), and the second refrigerant (B) connected to the place of use (30) is used. In line 4 (L4), a second intermediate heat exchanger 50 in which water is used as a refrigerant; consists of,
The second refrigerant (B) is used only in the second and third lines (L2, L3) and has a closed loop shape with the heat pump unit 20 , and the refrigerant (C) of the heat pump unit 20 is transferred to the heat source unit 10 ) and the place of use 30 are not used for direct heat exchange, so that environmental pollution caused by ethanol leakage to the outside in case of damage or failure can be prevented in advance.
In each of the second and third lines L2 and L3,
measuring means 70 for detecting a part of the flowing ethanol mixture and measuring whether the mixing ratio of ethanol and water falls within a preset mixing ratio range;
An additional supply unit for supplying ethanol or water to the second and third lines (L2, L3) according to the measurement value received from the measuring means 70 so that the ethanol and water of the ethanol mixture fall within a preset mixing ratio range (71); includes,
When ethanol is used as the second refrigerant (B), ethanol is mixed with water and used as an ethanol mixture, and 10 to 15% of ethanol is mixed with water to prevent freezing to -6°C,
The underground heat exchanger 11 is an open type underground heat exchanger or a vertically sealed type underground heat exchanger is used,
The heat pump unit 20 is
The third heat exchanger 26 is directly connected to the fourth line L4 without going through the second intermediate heat exchanger 50 and has a sixth line L6 in which water is used as a refrigerant, and serves as a condenser of the refrigerant. );
A fourth heat exchanger (27) connected to the first line (L1) without going through the first intermediate heat exchanger (40) and provided with a fifth line (L5) in which water is used as a refrigerant, and serving as an evaporator of the refrigerant (27) ; to include more
a temperature sensor 60 installed on the fifth and sixth lines L5 and L6, respectively;
Depending on whether the first and second intermediate heat exchangers 40 and 50 are used, whether or not the fifth and sixth lines (L5, L6) are used is controlled,
When the fifth and sixth lines (L5, L6) are used, the temperature value measured in the fifth line (L5) or the sixth line (L6) through the temperature sensor 60 is a preset temperature at which water freezes If it falls within the range, the second and third lines (L2, L3) using the second refrigerant (B) of ethanol are turned off through the on/off valves of the fifth and sixth lines (L5, L6). By driving the on-off valve to ON, the control unit 61 to prevent damage and failure of equipment due to freezing of the fifth and sixth lines (L5, L6) in which water is used as a refrigerant; A geothermal heat source heat pump system having an ethanol intermediate heat exchanger, characterized in that it is provided.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |