KR102428913B1 - 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템 - Google Patents
지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102428913B1 KR102428913B1 KR1020210123448A KR20210123448A KR102428913B1 KR 102428913 B1 KR102428913 B1 KR 102428913B1 KR 1020210123448 A KR1020210123448 A KR 1020210123448A KR 20210123448 A KR20210123448 A KR 20210123448A KR 102428913 B1 KR102428913 B1 KR 102428913B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- heat
- heat exchange
- hot water
- temperature
- exchange fluid
- Prior art date
Links
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 title claims description 24
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 232
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 224
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 128
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 claims abstract description 128
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims abstract description 93
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 43
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 51
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 abstract description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B30/00—Heat pumps
- F25B30/06—Heat pumps characterised by the source of low potential heat
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
- F24D17/02—Domestic hot-water supply systems using heat pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
- F24T10/00—Geothermal collectors
- F24T10/10—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground
- F24T10/13—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes
- F24T10/15—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes using bent tubes; using tubes assembled with connectors or with return headers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
- F24T50/00—Geothermal systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
- F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D20/0034—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D2200/00—Heat sources or energy sources
- F24D2200/11—Geothermal energy
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D2200/00—Heat sources or energy sources
- F24D2200/16—Waste heat
- F24D2200/19—Fuel cells
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2313/00—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
- F25B2313/002—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for geothermal
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
Abstract
본 발명은 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템을 제공한다. 본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 일 양태는, 열교환 유체가 저장되는 축열 탱크; 상기 축열 탱크로부터 전달받은 열교환 유체와 지중 사이의 열교환이 이루어지는 적어도 1개의 지중 열교환기; 상기 축열 탱크 또는 상기 지중 열교환기로부터 공급받은 열교환 유체를 부하와 열교환시키는 히트 펌프; 급탕을 위한 온수가 저장되는 온수 탱크; 냉매의 압축이 이루어지는 압축기, 상기 압축기에서 압축된 냉매의 응축이 이루어지는 응축기, 상기 응축기에서 응축되는 냉매의 팽창이 이루어지는 팽창 밸브 및 상기 팽창 밸브에서 팽창된 냉매의 증발이 이루어지는 증발기를 포함하는 열교환 유닛; 및 연료의 화학 반응에 의하여 전력을 생산하고, 전력의 생산 과정에서 발생하는 열이 냉각수에 의하여 냉각되는 연료 전지; 를 포함하고, 상기 응축기가 전달받은 냉매는, 상기 온수 탱크에 저장된 온수와 열교환되고, 상기 증발기가 전달받은 냉매는, 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체와 열교환되며, 상기 연료 전지를 냉각한 냉각수는, 상기 온수 탱크에 저장된 온수와 열교환된다.
Description
본 발명은 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.
지중 열교환기란, 지중에 매립되어 그 내부를 유동하는 지하수와 같은 열교환 유체와 지중 사이의 열교환이 이루어지는 것이다. 선행특허문헌(대한민국 등록특허공보 제1299519호)에는 급탕을 위한 지열 복합시스템이 개시되어 있다. 선행특허문헌을 참조하면, 종래에는, 실질적으로 냉동사이클인 히트 펌프(1)를 구성하는 응축기(12) 및 증발기(14)를 유동하는 냉매가 온수 탱크(4)에 저장된 급탕수 및 지중 열 이송관(2)에 저장된 물과 각각 열교환한다.
그러나, 이와 같은 종래 기술에 의한 히트 펌프 시스템에 의하면 다음과 같은 문제점이 발생된다.
먼저, 종래에는, 단순히 히트 펌프(1)에서 온수 탱크(4)로 열이 전달되거나 지중 열 이송관(2)으로부터 열이 회수된다. 따라서, 종래 기술에 의하면 온수 탱크(4)로의 열 전달 또는/및 지중 열 이송관(2)으로부터의 열의 회수가 타방으로의/으로부터의 열 전달이나 회수의 필요성과 무관하게 이루어지므로, 불필요한 열의 전달이나 회수가 이루어짐으로써, 오히려 시스템에 악영향을 끼칠 수 있다.
또한, 종래에는, 히트 펌프(1), 즉 냉동사이클의 효율과 무관하게 온수 탱크(4) 및 지중 열 이송관(2)으로의 열 전달/및 열 회수가 이루어진다. 따라서, 종래에는, 실질적으로 히트 펌프(1)의 동작이 비효율적으로 이루어짐으로써, 종국적으로 온수 탱크(4) 및 지중 열 이송관(2)으로의 열 전달/및 열 회수가 비효율적으로 이루어질 수 있다.
나아가 최근에는, 신재생에너지에 대한 관심이 증가하고 있고, 그 중 연료 전지는 연료의 화학 반응에 의하여 전력을 생산하는 것으로, 전력 생산 과정에서 물 이외의 공해 물질이 발생하지 않는 특징을 갖고 있다. 이와 같은, 연료 전지는 전력의 생산 과정에서 발생되는 열이 냉각수에 의하여 냉각되는데, 이를 히트 펌프 시스템에 대하여 적극적인 활용하는 기술이 제안되지 않고 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 보다 안정적으로 운전 가능하도록 구성되는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 보다 효율적으로 운전 가능하도록 구성되는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 연료 전지에서의 연료 생산 과정에서 발생하는 열을 보다 효율적으로 활용 가능하도록 구성되는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 일 양태는, 열교환 유체가 저장되는 축열 탱크; 상기 축열 탱크로부터 전달받은 열교환 유체와 지중 사이의 열교환이 이루어지는 적어도 1개의 지중 열교환기; 상기 축열 탱크 또는 상기 지중 열교환기로부터 공급받은 열교환 유체를 부하와 열교환시키는 히트 펌프; 급탕을 위한 온수가 저장되는 온수 탱크; 냉매의 압축이 이루어지는 압축기, 상기 압축기에서 압축된 냉매의 응축이 이루어지는 응축기, 상기 응축기에서 응축되는 냉매의 팽창이 이루어지는 팽창 밸브 및 상기 팽창 밸브에서 팽창된 냉매의 증발이 이루어지는 증발기를 포함하는 열교환 유닛; 및 연료의 화학 반응에 의하여 전력을 생산하고, 전력의 생산 과정에서 발생하는 열이 냉각수에 의하여 냉각되는 연료 전지; 를 포함하고, 상기 응축기가 전달받은 냉매는, 상기 온수 탱크에 저장된 온수와 열교환되고, 상기 증발기가 전달받은 냉매는, 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체와 열교환되며, 상기 연료 전지를 냉각한 냉각수는, 상기 온수 탱크에 저장된 온수와 열교환된다.
본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 온수 탱크에 저장된 온수의 온도가 기설정된 급탕 온도에 도달할 때가지, 상기 응축기가 전달받은 냉매 및 상기 연료 전지를 냉각한 냉각수와 열교환된다.
본 발명의 실시예의 일 양태는, 상기 응축기가 전달받은 냉매와 열교환된 열교환 유체를 공기와 열교환시키는 보조 열교환 유닛을 더 포함하고, 상기 온수 탱크에 저장된 온수의 온도가 상기 급탕 온도에 도달하면, 상기 응축기가 전달받은 냉매와 열교환된 열교환 유체는, 상기 보조 열교환 유닛에 의하여 공기와 열교환된다.
본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 보조 열교환 유닛은, 상기 응축기가 전달받은 냉매와 열교환된 열교환 유체를 전달받는 보조 열교환기; 상기 보조 열교환기에서의 열교환 유체와 공기와의 열교환을 위하여 상기 보조 열교환기를 향하여 공기를 유동시키는 보조 열교환용 팬; 및 상기 온수 탱크에 저장된 온수의 온도가 상기 급탕 온도 미만이면 상기 응축기가 전달받은 냉매와 열교환된 열교환 유체가 상기 응축기 및 온수 탱크 사이를 순환하고, 상기 온수 탱크에 저장된 온수의 온도가 상기 급탕 온도에 도달하면 상기 응축기가 전달받은 냉매와 열교환된 열교환 유체가 상기 응축기 및 보조 열교환기 사이를 순환하도록 제어하는 제어 밸브; 를 포함한다.
본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 부하가 냉방 부하인 경우에는, 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체의 온도가 기설정된 냉방 기준 온도 미만이면, 상기 축열 탱크로부터 상기 히트 펌프에 열교환 유체가 공급되어 상기 축열 탱크 및 히트 펌프 사이에서 열교환 유체가 순환하고, 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체의 온도가 증가하여 상기 냉방 기준 온도에 도달하면, 상기 지중 열교환기로부터 상기 히트 펌프에 열교환 유체가 공급되어 상기 축열 탱크, 지중 열교환기 및 히트 펌프 사이에서 열교환 유체가 순환하며, 상기 축열 탱크, 지중 열교환기 및 히트 펌프 사이에서 열교환 유체가 순환하는 상태에서, 상기 지중 열교환기로부터 상기 히트 펌프에 공급되는 열교환 유체의 온도가 증가하여 기설정된 열교환 온도에 도달하면, 상기 열교환 유닛이 동작하고, 상기 온수 탱크에 저장된 온수의 온도가 상기 급탕 온도에 도달하면, 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체의 온도가 상기 열교환 온도 미만이면, 상기 연료 전지를 냉각한 냉각수가 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체와 열교환된다.
본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 부하가 난방 부하인 경우에는, 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체의 온도가 기설정된 난방 기준 온도 초과이면, 상기 축열 탱크로부터 상기 히트 펌프에 열교환 유체가 공급되어 상기 축열 탱크 및 히트 펌프 사이에서 열교환 유체가 순환하고, 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체의 온도가 감소하여 상기 난방 기준 온도에 도달하면, 상기 지중 열교환기로부터 상기 히트 펌프에 열교환 유체가 공급되어 상기 축열 탱크, 지중 열교환기 및 히트 펌프 사이에서 열교환 유체가 순환하며, 상기 온수 탱크에 저장된 온수의 온도가 상기 급탕 온도에 도달하면, 상기 연료 전지를 냉각한 냉각수가 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체와 열교환된다.
본 발명의 실시예의 다른 양태는, 열교환 유체가 저장되는 축열 탱크; 상기 축열 탱크로부터 전달된 열교환 유체와 지중 사이의 열교환이 이루어지는 적어도 1개의 지중 열교환기; 열교환 유체와 부하 사이의 열교환이 이루어지는 히트 펌프; 급탕을 위한 온수가 저장되는 온수 탱크; 냉매의 압축이 이루어지는 압축기, 상기 압축기에서 압축된 냉매의 응축이 이루어지는 응축기, 상기 응축기에서 응축되는 냉매의 팽창이 이루어지는 팽창 밸브 및 상기 팽창 밸브에서 팽창된 냉매의 증발이 이루어지는 증발기를 포함하는 열교환 유닛; 상기 응축기가 전달받은 냉매와 열교환된 열교환 유체를 공기와 열교환시키는 보조 열교환 유닛; 연료의 화학 반응에 의하여 전력을 생산하고, 전력의 생산 과정에서 발생하는 열이 냉각수에 의하여 냉각되는 연료 전지; 상기 축열 탱크로부터 상기 히트 펌프에 공급되는 열교환 유체의 온도를 감지하는 제1온도 센서; 상기 지중 열교환기로부터 상기 히트 펌프에 공급되는 열교환 유체의 온도를 감지하는 제2온도 센서; 상기 온수 탱크에 저장된 온수의 온도를 감지하는 제3온도 센서; 상기 축열 탱크와 히트 펌프 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 압송하는 제1펌프; 상기 축열 탱크, 지중 열교환기와 히트 펌프 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 압송하는 제2펌프; 상기 증발기로 전달된 냉매와의 열교환을 위하여 상기 축열 탱크 및 증발기 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 압송하는 제3펌프; 상기 응축기로 전달된 냉매와의 열교환을 위하여 상기 응축기 및 온수 탱크 사이 또는 상기 응축기 및 보조 열교환기 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 압송하는 제4펌프; 및 상기 연료 전지를 냉각한 냉각수의 열교환을 위하여 상기 온수 탱크 및 연료 전지 사이 또는 상기 축열 탱크 및 연료 전지 사이에서 상기 연료 전지를 냉각한 냉각수가 순환하도록 압속하는 제5펌프; 를 포함하는 지중 열교환기를 포함한다.
본 발명의 실시예의 다른 양태에서, 상기 부하가 냉방 부하인 경우에는, 상기 제1온도 센서가 감지한 열교환 유체의 온도가 기설정된 냉방 기준 온도 미만이면, 상기 제1펌프가 동작하고, 상기 제1온도 센서가 감지한 열교환 유체의 온도가 증가하여 상기 냉방 기준 온도에 도달하면, 상기 제2펌프가 동작하며, 상기 제2펌프가 동작한 상태에서, 상기 제2온도 센서가 감지한 열교환 유체의 온도가 증가하여 기설정된 열교환 온도에 도달하면, 상기 열교환 유닛이 동작한다.
본 발명의 실시예의 다른 양태에서, 상기 제3온도 센서가 감지한 온도가 기설정된 급탕 온도 미만이면, 상기 응축기로 전달된 냉매와 열교환되는 열교환 유체가 상기 제4펌프의 동작에 의하여 상기 응축기 및 온수 탱크 사이에서 순환하여 상기 응축기가 전달받은 냉매가 상기 온수 탱크에 저장된 온수와 열교환되고, 상기 연료 전지를 냉각한 냉각수가 상기 제5펌프의 동작에 의하여 상기 연료 전지 및 온수 탱크 사이에서 순환하여 상기 연료 전지를 냉각한 냉각수가 상기 온수 탱크에 저장된 온수와 열교환되고, 상기 제3온도 센서가 감지한 온도가 상기 급탕 온도에 도달하면, 상기 응축기로 전달된 냉매와 열교환되는 열교환 유체가 상기 제4펌프의 동작에 의하여 상기 응축기 및 보조 열교환기 사이에서 순환하여 상기 응축기가 전달받은 냉매가 공기와 열교환되고, 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체의 온도가 상기 열교환 온도 미만인 경우에만 상기 연료 전지를 냉각한 냉각수가 상기 제5펌프의 동작에 의하여 상기 연료 전지 및 축열 탱크 사이에서 순환하여 상기 연료 전지를 냉각한 냉각수가 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체와 열교환된다.
본 발명의 실시예의 다른 양태에서, 상기 부하가 난방 부하인 경우에는, 상기 제1온도 센서가 감지한 열교환 유체의 온도가 기설정된 난방 기준 온도 초과이면, 상기 제1펌프가 동작하고, 상기 제1온도 센서가 감지한 열교환 유체의 온도가 감소하여 상기 난방 기준 온도에 도달하면, 상기 제2펌프가 동작하며, 상기 제3온도 센서가 감지한 온도가 상기 급탕 온도 미만이면, 상기 연료 전지를 냉각한 냉각수가 상기 제5펌프의 동작에 의하여 상기 연료 전지 및 온수 탱크 사이에서 순환하여 상기 연료 전지를 냉각한 냉각수가 상기 온수 탱크에 저장된 온수와 열교환되고, 상기 제3온도 센서가 감지한 온도가 상기 급탕 온도에 도달하면, 상기 연료 전지를 냉각한 냉각수가 상기 제5펌프의 동작에 의하여 상기 연료 전지 및 축열 탱크 사이에서 순환하여 상기 연료 전지를 냉각한 냉각수가 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체와 열교환된다.
본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
먼저, 본 발명의 실시예에서는, 온수 탱크로의 열 공급이 불필요한 경우에는, 응축기에서 공기와의 열교환에 의한 응축이 이루어진다. 따라서, 본 발명의 실시예에 의하면, 온수 탱크로의 과도한 열 공급에 의하여 오히려 온수 시스템에 악영향을 끼치는 현상이 방지될 수 있다.
그리고 본 발명의 실시예에서는, 실질적으로 축열 탱크로부터의 열 회수의 필요성에 따라서 열교환 유닛이 동작한다. 특히, 본 발명의 실시예에서는, 열교환 유닛의 증발기와의 열교환에 의하여 축열 탱크로부터의 열 회수가 수행됨과 동시에 열교환 유닛의 응축기와의 열교환에 의하여 온수 탱크로의 열 공급이 이루어짐으로써, 최대 부하 미만의 용량으로 지중 열교환기를 시공하더라도 나머지 부하에 해당하는 에너지를 열교환 유닛으로부터 공급받을 수 있게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 의하면, 보다 효율적이고 경제적인 시스템의 운영이 가능해질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는, 연료 전지에서의 전력의 생산 과정에서 발생되는 열을 냉각하는 냉각수에 의하여 온수 탱크에 저장된 온수가 가열되거나, 시스템의 효율을 저하시키기 않는 범위에서 축열 탱크에 저장된 열교환 유체가 가열된다. 또한, 본 발명의 실시예에서는, 열교환 유체와의 열교환에 의하여 연료 전지를 냉각한 냉각수가 냉각되어 연료 전지의 재냉각에 사용된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 의하면, 보다 효율적으로 연료 전지를 냉각한 냉각수를 활용할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 실시예를 보인 구성도.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템에서 유체의 흐름을 보인 유체 흐름도.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템에서 유체의 흐름을 보인 유체 흐름도.
이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 실시예를 보인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템(이하, '축열식 히트 펌프 시스템'이라 칭함)은, 축열 탱크(100), 적어도 1개의 지중 열교환기(200), 히트 펌프(300), 온수 탱크(400), 열교환 유닛(500), 보조 열교환 유닛(600), 연료 전지(700), 제1 내지 제5펌프(P1)(P2)(P3)(P4)(P5), 및 제1 내지 제3온도 센서(S1)(S2)(S3)를 포함한다. 특히, 본 실시예에서는, 상기 축열 탱크(100)와 열교환 유닛(500) 사이 또는/및 상기 열교환 유닛(500)과 온수 탱크(400) 또는 상기 열교환 유닛(500)과 보조 열교환 유닛(600) 사이에서의 열교환이 이루어지고, 추가적으로, 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수와 상기 온수 탱크(400) 또는 축열 탱크(100) 사이에서의 열교환이 이루어진다.
보다 상세하게는, 상기 축열 탱크(100)에는 열교환 유체가 저장된다. 여기서, '열교환 유체'로는, 물이나 냉매 등이 사용될 수 있고, 예를 들면, 상기 축열 탱크(100)는, 기계실과 같은 건축물의 내부에 설치될 수 있다.
상기 지중 열교환기(200)에서는, 열교환 유체와 지중 사이의 열교환이 이루어진다. 상기 지중 열교환기(200)는, 건축물의 외부에 해당하는 지중에 매립되어 열교환 유체와 지중 사이의 열교환이 이루어지는 곳이다. 도 1에는 상기 지중 열교환기(200)가 다수개로 구성되는 것으로 도시되었으나, 상기 지중 열교환기(200)가 1개로 구성되어도 무방하다.
상기 히트 펌프(300)에서는, 열교환 유체와 부하(10) 사이의 열교환이 이루어진다. 실질적으로 상기 히트 펌프(300)는, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체 또는 상기 지중 열교환기(200)에서 지중과 열교환된 열교환 유체를 공급받아서 부하와 열교환시킨다. 여기서 '부하(10)'는, 일반적으로 건축물에서의 거주나 활동에 소요되는 것으로, 특히, 본 실시예에서는, 상기 부하(10)가 공조 부하로서, 냉방 부하 또는 난방 부하로 작용하고, 상기 히트 펌프(300)에 공급된 열교환 유체는, 공조 부하를 순환하는 냉매와 열교환될 수 있다.
그리고 상기 온수 탱크(400)에는 온수가 저장된다. 상기 온수 탱크(400)에 저장되는 온수는 급탕용으로 제공될 수 있다. 후술한 바와 같이, 상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수는, 상기 열교환 유닛(500)으로부터 공급되는 에너지에 의하여 가열된다. 또한, 상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수는, 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수와의 열교환에 의하여 가열된다.
한편, 상기 열교환 유닛(500)은, 상기 부하(10)가 냉방 부하인 경우에 동작하여, 상기 축열 탱크(100)로부터 에너지를 회수하거나 상기 온수 탱크(400)에 에너지를 공급하는 역할을 한다. 본 실시예에서는, 상기 열교환 유닛(500)이 열교환 사이클을 구성하는 압축기(510), 응축기(520), 팽창 밸브(530) 및 증발기(540)를 포함한다. 실질적으로, 상기 압축기(510), 응축기(520), 팽창 밸브(530) 및 증발기(540)에서, 각각 냉매의 압축, 응축, 팽창 및 증발이 이루어지게 된다. 또한, 상기 열교환 유닛(500)은, 상기 지중 열교환기(200)로부터 상기 축열 탱크(100)로 공급되는 열교환 유체의 온도에 따라서 선택적으로 동작한다.
본 실시예에서는, 상기 응축기(520)가 전달받은 냉매가, 상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수와의 열교환에 의하여 응축되면서, 상기 열교환 유닛(500)으로부터 상기 온수 탱크(400)로 에너지가 공급된다. 또한, 상기 증발기(540)가 전달받은 냉매가, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체와의 열교환에 의하여 증발되면서, 상기 축열 탱크(100)로부터 상기 증발기(540)로 에너지가 회수된다. 예를 들면, 상기 응축기(520) 및 증발기(540)는, 전열교환기와 같이, 그 내부에 냉매 및 열교환 유체가 각각 유동되는 유로가 정의되고, 상기 응축기(520) 및 증발기(540)의 유로를 각각 유동하는 냉매 및 열교환 유체가 상호 열교환됨으로써, 냉매의 응축 및 증발이 이루어질 수 있다. 물론, 후술할 바와 같이, 상기 응축기(520)가 전달받은 냉매는, 상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수와 열교환되거나 상기 보조 열교환 유닛(600)에 의하여 공기와 열교환된다.
실질적으로, 상기 응축기(520) 및 온수 탱크(400) 사이에서는, 양자를 순환하는 열교환 유체가 상기 증발기(540)로 전달된 냉매 및 상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수와 열교환됨으로써, 상기 응축기(520)로 전달된 냉매의 에너지가 상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수로 전달된다. 또한, 상기 증발기(540) 및 축열 탱크(100) 사이에서는, 상기 축열 탱크(100), 지중 열교환기(100) 및 히트 펌프(300)를 순환하는 열교환 유체가 상기 증발기(540)로 전달된 냉매와 직접 열교환함으로써, 상기 증발기(540)로 전달된 냉매의 에너지가 상기 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체로 회수된다. 이하에서는, 설명의 편의상 상기 축열 탱크(100), 지중 열교환기(100) 및 히트 펌프(300)를 순환하는 열교환 유체를 제1열교환 유체라 칭하고, 상기 증발기(540) 및 축열 탱크(100) 사이를 순환하는 열교환 유체를 제2열교환 유체라 칭하고, 상기 응축기(520) 및 온수 탱크(400) 사이를 순환하는 열교환 유체를 제3열교환 유체라 칭한다.
한편, 상기 보조 열교환 유닛(600)은, 상기 응축기(520)가 전달받은 냉매와 열교환된 제3열교환 유체를 공기와 열교환시키는 역할을 한다. 본 실시예에서는, 상기 보조 열교환 유닛(600)이, 보조 열교환기(610), 보조 열교환용 팬(620) 및 제어 밸브(630)를 포함한다.
보다 상세하게는, 상기 보조 열교환기(610)는, 상기 응축기(520)가 전달받은 냉매와 열교환된 제3열교환 유체를 전달받는다. 실질적으로, 상기 보조 열교환기(610)는, 상기 응축기(520)가 전달받은 냉매와 열교환된 제3열교환 유체를 상기 온수 탱크(400)와 선택적으로 전달받는다.
그리고 상기 보조 열교환용 팬(620)은, 상기 보조 열교환기(610)에서의 제3열교환 유체와 공기와의 열교환을 위하여 상기 보조 열교환기(610)를 향하여 공기를 유동시키는 역할을 한다. 실질적으로, 상기 보조 열교환용 팬(620)은, 상기 제어 밸브(630)에 의하여 상기 보조 열교환기(610)로 제3열교환 유체가 전달되는 경우에만 동작할 것이다.
다음으로, 상기 제어 밸브(630)는, 상기 응축기(520)가 전달받은 냉매와 열교환된 제3열교환 유체가 상기 응축기(520) 및 온수 탱크(400) 사이 또는 상기 응축기(520) 및 보조 열교환기(610) 사이를 순환하도록 제어한다. 즉, 상기 제어 밸브(630)는, 상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수의 온도가 기설정된 급탕 온도 미만이면, 상기 응축기(520)가 전달받은 냉매와 열교환된 제3열교환 유체가 상기 응축기(520) 및 온수 탱크(400) 사이에서 순환하도록 제어한다. 또한, 상기 제어 밸브(630)는, 상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수의 온도가 상기 급탕 온도에 도달하면, 상기 응축기(520)가 전달받은 냉매와 열교환된 제3열교환 유체가 상기 응축기(520) 및 보조 열교환기(610) 사이에서 순환하도록 제어한다.
상기 연료 전지(700)는, 연료의 화학 반응에 의하여 전력을 생산하는 것으로, 상기 연료 전지(700)에서 생산된 전력은, 에너지 저장 장치(Energy Storage System, ESS)에 저장되거나, 상기 열교환 유닛(500) 또는/및 히트 펌프(300)의 동작에 사용될 수 있다. 특히, 상기 연료 전지(700)에서 생산된 전력을 상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수의 가열이 아닌, 상기 열교환 유닛(500) 또는/및 히트 펌프(300)의 동작에 사용함으로써, 상대적으로 동일한 전력 대비 높은 효율을 기대할 수 있게 된다.
한편, 상기 연료 전지(700)에서의 전력의 생산 과정에서 발생하는 열이 냉각수에 의하여 냉각된다. 그리고 본 실시예에서는, 상기 연료 전지(700)를 냉각하는 과정에서 가열된 냉각수로부터 상기 온수 탱크(400) 또는 상기 축열 탱크(100)로 에너지가 공급된다.
보다 상세하게는, 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수는, 전환 밸브(710)에 의하여 상기 연료 전지(700) 및 온수 탱크(400) 사이 또는 상기 연료 전지(700) 및 축열 탱크(100) 사이를 순환한다. 이때, 상기 전환 밸브(710)는, 상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수의 온도 또는/및 상기 부하(10)의 종류 및 상기 축열 탱크(100)에 저장된 제1열교환 유체의 온도에 따라서 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 상기 연료 전지(700) 및 온수 탱크(400) 사이 또는 상기 연료 전지(700) 및 축열 탱크(100) 사이를 순환하도록 제어한다.
한편, 상기 제1 및 제2펌프(P1)(P2)는, 제1열교환 유체를 압송하는 역할을 하고, 상기 제3펌프(P3)는, 제2열교환 유체를 압속하는 역할을 한다. 그리고 상기 제4펌프(P4)는, 제3열교환 유체를 압송하는 역할을 하고, 상기 제5펌프(P5)는, 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수를 압송하는 역할을 한다.
실질적으로, 상기 제1펌프(P1)는, 상기 축열 탱크(100)와 히트 펌프(300) 사이에서 제1열교환 유체가 순환하도록 압송하고, 상기 제2펌프(P2)는, 상기 축열 탱크(100), 지중 열교환기(200) 및 히트 펌프(300) 사이에서 제1열교환 유체가 순환하도록 압송한다. 상기 제3펌프(P3)는, 상기 증발기(540)로 전달된 냉매와의 열교환을 위하여 상기 축열 탱크(100) 및 증발기(540) 사이에서 제2열교환 유체가 순환하도록 압송한다. 그리고 상기 제4펌프(P4)는, 상기 응축기(520)로 전달된 냉매와의 열교환을 위하여 상기 응축기(520) 및 온수 탱크(400) 사이에서 제3열교환 유체가 순환하도록 압송한다. 또한, 상기 제5펌프(P5)는, 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수와의 열교환을 위하여 상기 연료 전지(700) 및 온수 탱크(400) 사이 또는 상기 연료 전지(700) 및 축열 탱크(100) 사이에서 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 순환하도록 압송한다.
또한, 상기 제1 내지 제3온도 센서(S1)(S2)(S3)는, 제1열교환 유체 또는 온수의 온도를 감지한다. 보다 상세하게는, 상기 제1온도 센서(S1)는, 상기 축열 탱크(100)로부터 상기 히트 펌프(300)에 공급되는 제1열교환 유체의 온도를 감지하고, 상기 제2온도 센서(S2)는, 상기 지중 열교환기(200)로부터 상기 히트 펌프(300)에 공급되는 제1열교환 유체의 온도를 감지한다. 그리고 상기 제3온도 센서(S3)는, 상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수의 온도를 감지한다.
본 실시예에서는, 상기 제1 내지 제3온도 센서(S1)(S2)(S3)가 감지한 제1열교환 유체 또는 온수의 온도에 따라서, 상기 열교환 유닛(500) 및 상기 제1 내지 제5펌프(P1)(P2)(P3)(P4)(P5)가 선택적으로 동작하거나, 상기 제어 밸브(630)가 제3열교환 유체가 상기 응축기(520) 및 온수 탱크(400) 사이 또는 상기 응축기(520) 및 보조 열교환기(610) 사이를 순환하도록 제어한다. 또한, 상기 제1 내지 제3온도 센서(S1)(S2)(S3)가 감지한 제1열교환 유체 또는 온수의 온도에 따라서, 상기 전환 밸브(710)가 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 상기 연료 전지(700) 및 온수 탱크(400) 사이 또는 상기 연료 전지(700) 및 축열 탱크(100) 사이를 순환하도록 제어한다.
보다 상세하게는, 상기 제1 및 제2펌프(P1)(P2)는, 상기 제1 및 제2온도 센서(S1)(S2)가 감지한 제1열교환 유체의 온도에 따라서 선택적으로 동작한다. 예를 들면, 상기 부하(10)가 냉방 부하인 경우에는, 상기 제1온도 센서(S1)가 감지한 제1열교환 유체의 온도, 즉 상기 축열 탱크(100)에 저장된 제1열교환 유체의 온도가 기설정된 냉방 기준 온도 미만이면, 상기 제1펌프(P1)가 동작하여 상기 축열 탱크(100) 및 히트 펌프(300) 사이에서 제1열교환 유체가 순환한다. 그리고 상기 제1온도 센서(S1)가 감지한 제1열교환 유체의 온도가 상기 냉방 기준 온도 이상이면, 상기 제2펌프(P2)가 동작하여 상기 축열 탱크(100), 지중 열교환기(200) 및 히트 펌프(300) 사이에서 제1열교환 유체가 순환한다. 상기 부하(10)가 난방 부하인 경우에는, 상기 제1온도 센서(S1)가 감지한 제1열교환 유체의 온도가 기설정된 난방 기준 온도 초과이면, 상기 제1펌프(P1)가 동작하여 상기 축열 탱크(100) 및 히트 펌프(300) 사이에서 제1열교환 유체가 순환하고, 상기 제1온도 센서(S1)가 감지한 제1열교환 유체의 온도가 상기 난방 기준 온도 이하이면, 상기 제2펌프(P2)가 동작하여 상기 축열 탱크(100), 지중 열교환기(200) 및 히트 펌프(300) 사이에서 제1열교환 유체가 순환한다.
다시 말하면, 본 실시예에서는, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 제1열교환 유체의 온도가 상기 히트 펌프(300)에서의 상기 부하(10)와의 열교환에 충분한 경우에는, 상기 제1펌프(P1)의 동작에 의하여 상기 축열 탱크(100)에 저장된 제1열교환 유체가 상기 히트 펌프(300)에 공급되고, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 제1열교환 유체의 온도가 상기 히트 펌프(300)에서의 상기 부하(10)와의 열교환에 불충분한 경우에는, 상기 지중 열교환기(200)에서 지중과 열교환된 제1열교환 유체가 상기 히트 펌프(300)로 공급된다.
그리고 상기 열교환 유닛(500)은, 상기 제2온도 센서(S2)가 감지한 제1열교환 유체의 온도에 따라서 선택적으로 동작한다. 즉, 상기 열교환 유닛(500)은, 상기 지중 열교환기(200)로부터 상기 히트 펌프(300)에 공급되는 제1열교환 유체의 온도가 증가하여 기설정된 열교환 온도에 도달하면, 동작한다. 다만, 상술한 바와 같이, 상기 열교환 유닛(500)은, 상기 부하(10)가 냉방 모드인 경우에만 동작한다.
또한, 상기 제3펌프(P3)는, 상기 제2온도 센서(S2)가 감지한 제1열교환 유체의 온도에 따라서 선택적으로 동작한다. 실질적으로, 상기 제3펌프(P3)는, 상기 제2온도 센서(S2)가 감지한 제1열교환 유체의 온도가 상기 열교환 온도에 도달하여 상기 열교환 유닛(500)이 동작하는 경우, 즉, 상기 부하(10)가 냉방 부하인 경우에만, 동작한다.
다음으로, 상기 제4펌프(P4)는, 상기 제2온도 센서(S2)가 감지한 제1열교환 유체의 온도 및 상기 제3온도 센서(S3)가 감지한 온수의 온도에 따라서 선택적으로 동작한다. 물론, 상기 제4펌프(P4)도 상기 열교환 유닛(500)이 동작하는 경우, 즉 상기 부하(10)가 냉방 부하인 경우에만 동작할 것이다. 실질적으로, 상기 제4펌프(P4)는, 상기 제2온도 센서(S2)가 감지한 제1열교환 유체의 온도가 상기 열교환 온도에 도달하여 상기 열교환 유닛(500)이 동작하고, 상기 제3온도 센서(S3)가 감지한 온수의 온도가 상기 급탕 온도 미만인 경우에만, 동작한다.
그리고 상기 제어 밸브(630)는, 상기 제3온도 센서(S3)가 감지한 온수의 온도에 따라서 상기 응축기(520) 및 온수 탱크(400) 사이 또는 상기 응축기(520) 및 보조 열교환기(610) 사이에서 제3열교환 유체가 순환하도록 제어한다. 보다 상세하게는, 상기 제어 밸브(630)는, 상기 제3온도 센서(S3)가 감지한 온수의 온도가 상기 급탕 온도 미만이면, 상기 응축기(520) 및 온수 탱크(400) 사이에서 제3열교환 유체가 순환하도록 제어한다. 반면에, 상기 제3온도 센서(S3)가 감지한 온수의 온도가 상기 급탕 온도에 도달하면, 상기 응축기(520) 및 보조 열교환기(610) 사이에서 제3열교환 유체가 순환하도록 제어한다.
한편, 상기 전환 밸브(710)는, 상기 제3온도 센서(S3)가 감지한 온수의 온도가 상기 급탕 온도 미만이면, 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 상기 연료 전지(700) 및 온수 탱크(400) 사이에서 순환하도록 제어한다. 따라서, 상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수는, 상기 응축기(520)가 전달받은 냉매 또는/및 상기 연료 전지(700)를 냉각시킨 냉각수에 의하여 가열됨으로써, 보다 신속하게 그 온도가 증가되어 상기 급탕 온도에 도달할 수 있다.
또한, 상기 전환 밸브(710)는, 상기 제3온도 센서(S3)가 감지한 온수의 온도가 상기 급탕 온도에 도달하면, 상기 부하(10)가 부하의 종류 및 상기 제1온도 센서(S1)가 감지한 제1열교환 유체의 온도에 따라서, 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 상기 연료 전지(700) 및 축열 탱크(100) 사이에서 순환하도록 제어한다. 이는, 축열식 히트 펌프 시스템이 전체적으로 보다 효율적으로 운영되도록 하기 위함이다.
즉, 상기 부하(10)가 냉방 부하인 경우에는, 상기 히트 펌프(300)가 실질적으로 응축기로 운전되므로, 상기 축열 탱크(100) 및 히트 펌프(300) 사이의 제1열교환 유체의 순환에 의하여 상기 축열 탱크(100)에 저장된 제1열교환 유체의 온도가 증가된다. 따라서, 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 상기 축열 탱크(100)에 저장된 제1열교환 유체와 열교환하면, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 제1열교환 유체의 온도가 증가되므로, 오히려 축열식 히트 펌프 시스템의 관점에서는 에너지 효율이 저하될 수 있다. 그런데, 상기 연료 전지(700)의 냉각 효율을 확보하기 위하여, 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 별도의 장치에 의하여 냉각된 후 상기 연료 전지(700)를 재냉각하거나, 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수는 폐기되고 새로운 냉각수에 의하여 상기 연료 전지(700)가 냉각되므로, 추가적인 에너지가 소요되거나 자원이 낭비된다.
본 실시예에서는, 상기 제3온도 센서(S3)가 감지한 온수의 온도가 상기 급탕 온도에 도달하면, 상기 부하(10)가 냉방 부하인 경우에는, 상기 제1온도 센서(S1)가 감지한 제1열교환 유체의 온도가 상기 열교환 온도 미만이면, 상기 전환 밸브(710)가 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 상기 연료 전지(700) 및 축열 탱크(100) 사이를 순환하도록 제어한다. 즉, 상기 제3온도 센서(S3)가 감지한 온수의 온도가 상기 급탕 온도에 도달하면, 상기 부하(10)가 냉방 부하인 경우에는, 상기 열교환 유닛(500)이 동작하지 않는 범위에서, 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 실질적으로 상기 축열 탱크(100)에 저장된 제1열교환 유체에 의하여 냉각되는 것이다.
한편, 상기 열교환 유닛(500)은, 상기 제3온도 센서(S3)가 감지한 제1열교환 유체의 온도, 즉 상기 지중 열교환기(100)에서 상기 히트 펌프(300)로 공급되는 제1열교환 유체의 온도가 상기 열교환 온도에 도달하면 동작한다. 그런데, 상기 부하(10)가 냉방 부하인 경우에는, 상기 지중 열교환기(100)에서 상기 히트 펌프(300)로 공급되는 열교환 유체는, 상기 축열 탱크(100)에서 상기 지중 열교환기(100)를 거치면서 상대적으로 온도가 감소되므로, 본 실시예에서는, 상기 제1온도 센서(S1)가 감지한 제1열교환 유체의 온도, 즉 상기 축열 탱크(100)에 저장된 제1열교환 유체의 온도가 상기 열교환 온도 미만이면, 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 상기 축열 탱크(100)에 저장된 제1열교환 유체와 열교환된다. 다시 말하면, 상기 전환 밸브(710)가 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수를 상기 축열 탱크(100)에 저장된 제1열교환 유체와 열교환되도록 상기 연료 전지(700) 및 축열 탱크(100) 사이에서 순환시키는 온도는, 실질적으로, 상기 열교환 유닛(500)이 동작하는 제1열교환 유체의 온도에 비하여 낮은 온도라고 할 수 있다.
그 이외의 경우에는, 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가, 상술한 바와 같이, 별도의 장치에 의하여 냉각되거나 폐기될 것이다. 따라서, 상기 부하(10)가 냉방 부하인 경우에는, 상기 제3온도 센서(S3)가 감지한 온수의 온도가 상기 급탕 온도에 도달하면, 축열식 히트 펌프 시스템의 운전을 위하여 추가적인 에너지가 소모되지 않는 범위, 즉, 상기 열교환 유닛(500)이 동작하지 않는 범위에서, 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 상기 축열 탱크(100)에 저장된 제1열교환 유체에 의하여 냉각될 수 있다.
반면에, 상기 부하(10)가 난방 부하인 경우에는, 상기 히트 펌프(300)가 실질적으로 증발기로 운전되므로, 상기 축열 탱크(100) 및 히트 펌프(300) 사이의 제1열교환 유체의 순환에 의하여 상기 축열 탱크(100)에 저장된 제1열교환 유체의 온도가 증가된다. 따라서, 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 상기 축열 탱크(100)에 저장된 제1열교환 유체와 열교환하면, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 제1열교환 유체의 온도가 증가되므로, 축열식 히트 펌프 시스템의 관점에서도 에너지 효율이 증가됨과 동시에, 상기 연료 전지(700)의 냉각을 위한 냉각수의 냉각이 이루어질 수 있다.
그러므로, 본 실시예에서는, 상기 제3온도 센서(S3)가 감지한 온수의 온도가 상기 급탕 온도에 도달하면, 상기 부하(10)가 난방 부하인 경우에는, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 제1열교환 유체의 온도와 무관하게, 상기 전환 밸브(710)가 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 상기 연료 전지(700) 및 축열 탱크(100) 사이를 순환하도록 제어한다. 따라서, 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 상기 축열 탱크(100)에 저장된 제1열교환 유체와 열교환됨으로써, 축열식 히트 펌프 시스템의 에너지 효율의 증가 및 상기 연료 전지(700)의 냉각 효율의 확보가 이루어질 수 있게 된다.
본 실시예에서, '냉방 기준 온도' 및 '난방 기준 온도'는, 상기 부하(10)의 온도를 고려하여 상기 히트 펌프(300)에서 상기 부하(10)와의 열교환이 이루어질 수 있을 정도의 온도로 설정될 수 있다. '급탕 온도'는, 일반적으로 급탕에 사용되는 온수의 온도로 설정될 수 있다. 그리고 '열교환 온도'는, 상기 부하(10)의 온도 및 지중의 온도 등을 고려하여 상기 열교환 유닛(500), 실질적으로 상기 증발기(540)와의 열교환에 의하여 제1열교환 유체의 온도가 감소될 수 있을 정도의 온도로 설정되는 것으로, 상기 냉방 기준 온도와 동일 또는 그 이상이나 이하의 온도로 설정될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템에서 유체의 흐름을 보인 유체 흐름도이다.
먼저, 부하(10)가 냉방 부하인 경우에 대하여 설명한 후 상기 부하(10)가 난방 부하인 경우를 설명한다. 상기 부하(10)가 냉방 부하인 경우에는, 제1온도 센서(S1)가 감지한 제1열교환 유체의 온도가 기설정된 냉방 기준 온도 미만이면, 제1펌프(P1)가 동작한다. 실질적으로, 상기 제1펌프(P1)가 동작하면, 상기 축열 탱크(100) 및 히트 펌프(300) 사이에서 제1열교환 유체가 순환하면서, 부하(10)와의 열교환이 이루어진다.
다음으로, 도 3을 참조하면, 상기 부하(10)와의 열교환에 의하여 제1열교환 유체의 온도가 증가하여 상기 제1온도 센서(S1)가 감지한 온도가 상기 냉방 기준 온도에 도달하면, 제1펌프(P1)가 정지하고, 제2펌프(P2)가 동작한다. 따라서, 지중 열교환기(200)에서 지중과 열교환된 제1열교환 유체가 상기 축열 탱크(100)로 공급됨으로써, 실질적으로, 축열 탱크(100), 지중 열교환기(200) 및 히트 펌프(300) 사이에서 제1열교환 유체가 순환하면서 상기 부하(10)와 열교환한다.
본 실시예에서는, 상기 제2펌프(P2)가 동작한 상태에서, 제2온도 센서(S2)가 감지한 제1열교환 유체의 온도가 기설정된 열교환 온도에 도달하면, 열교환 유닛(500)이 동작한다. 실질적으로 압축기(510)에서 압축된 냉매가 응축기(520) 중 어느 하나에서 응축된 후 팽창 밸브(530)에서 팽창되고, 마지막으로 증발기(540)에서 증발된다. 그리고 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 증발기(540)로 전달된 냉매가 제2열교환 유체를 매게로 상기 축열 탱크(100)에 저장된 제1열교환 유체와 열교환되어 응축됨으로써, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 제1열교환 유체의 온도가 상기 부하(10)와의 열교환이 이루어질 수 있는 수준으로 저하된다.
한편, 상기 열교환 유닛(500)이 동작한 상태에서, 제3온도 센서(S3)가 감지한 온수의 온도가 기설정된 급탕 온도 미만이면, 제어 밸브(630)는 상기 응축기(520) 및 온수 탱크(400) 사이에서 제3열교환 유체가 순환하도록 제어한다. 상기 제3온도 센서(S3)가 감지한 온수의 온도가 상기 급탕 온도 미만이면, 전환 밸브(710)는, 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 상기 연료 전지(700) 및 온수 탱크(400) 사이에서 순환하도록 제어한다.
따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 제4펌프(P4)가 동작하면, 상기 응축기(520)로 전달된 냉매가 제3열교환 유체를 매개로 상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수와 열교환되어 응축되고, 제5펌프(P5)가 동작하면, 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수와 열교환되어 냉각된다. 따라서, 상기 응축기(520)로 전달된 냉매 및 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수와의 열교환에 의하여 상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수의 온도가 증가하게 된다. 물론, 상기 열교환 유닛(500)의 동작과 무관하게, 상기 제3온도 센서(S3)가 감지한 온수의 온도가 상기 급탕 온도 미만이면, 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수와 상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수의 열교환이 이루어질 것이다.
다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제3온도 센서(S3)가 감지한 온수의 온도가 상기 급탕 온도에 도달하면, 상기 제어 밸브(630)가 상기 응축기(520) 및 보조 열교환기(610) 사이에서 제3열교환 유체가 순환하도록 제어한다. 따라서, 상기 보조 열교환기(610)로 전달된 제3열교환 유체가 보조 열교환용 팬(620)에 의하여 유동하는 공기와 열교환되어 냉각된다. 이때, 상기 제3펌프(P3)의 동작이 계속됨으로써, 상기 축열 탱크(100) 및 증발기(540) 사이를 순환하는 제2열교환 유체와 상기 증발기(540)로 전달된 냉매 사이의 열교환이 계속적으로 이루어질 것이다.
한편, 상기 제3온도 센서(S3)가 감지한 온수의 온도가 상기 급탕 온도에 도달하면, 상기 전환 밸브(710)가 상기 제1온도 센서(S1)가 감지한 제1열교환 유체의 온도가 상기 열교환 온도 미만인 경우에만, 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 상기 연료 전지(700) 및 축열 탱크(100) 사이를 순환하도록 제어한다. 따라서, 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가, 축열식 히트 펌프 시스템의 효율을 저하시키지 않는 범위에서, 상기 연료 전지(700)의 효율적인 냉각을 위하여 제1열교환 유체에 의하여 냉각될 수 있다. 그리고, 도시되지는 않았으나, 상기 제1온도 센서(S1)가 감지한 제1열교환 유체의 온도가 상기 열교환 온도 이상이면, 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수는 별도의 장치에 의하여 냉각되거나 폐기될 것이다.
반면에, 상기 부하(10)가 난방 부하인 경우에는, 상기 제1온도 센서(S1)가 감지한 제1열교환 유체의 온도가 기설정된 난방 기준 온도 여부에 따라서, 상기 제1 및 제2펌프(P1)(P2)가 선택적으로 동작한다. 다만, 상기 부하(10)가 난방 부하인 경우에는, 상기 열교환 유닛(500)은 동작하지 않는다.
그리고 상기 부하(10)가 난방 부하인 경우에는, 상기 부하(10)가 냉방 부하인 경우와 동일하게, 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 상기 제3온도 센서(S3)가 감지한 온수의 온도가 상기 급탕 온도 미만이면, 상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수와 열교환되도록 상기 전환 밸브(710) 및 제5펌프(P5)가 동작한다. 다만, 상기 부하(10)가 난방 부하인 경우에는, 상기 부하(10)가 냉방 부하인 경우와 상이하게, 상기 제3온도 센서(S3)가 감지한 온수의 온도가 상기 급탕 온도에 도달하면, 상기 제1온도 센서(S1)가 감지한 제1열교환 유체의 온도와 무관하게, 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 상기 축열 탱크(100)에 저장된 제1열교환 유체와 열교환하도록 상기 전환 밸브(710) 및 제5펌프(P5)가 동작한다.
이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
100: 축열 탱크 200: 지중 열교환기
300: 히트 펌프 400: 온수 탱크
500: 열교환 유닛 510: 압축기
520: 응축기 530: 팽창 밸브
540: 증발기 600: 보조 열교환 유닛
610: 보조 열교환기 620: 보조 열교환용 팬
630: 제어 밸브 700: 연료 전지
710: 전환 밸브 S1: 제1온도 센서
S2: 제2온도 센서 S3: 제3온도 센서
P1: 제1펌프 P2: 제2펌프
P3: 제3펌프 P4: 제4펌프
P5: 제5펌프
300: 히트 펌프 400: 온수 탱크
500: 열교환 유닛 510: 압축기
520: 응축기 530: 팽창 밸브
540: 증발기 600: 보조 열교환 유닛
610: 보조 열교환기 620: 보조 열교환용 팬
630: 제어 밸브 700: 연료 전지
710: 전환 밸브 S1: 제1온도 센서
S2: 제2온도 센서 S3: 제3온도 센서
P1: 제1펌프 P2: 제2펌프
P3: 제3펌프 P4: 제4펌프
P5: 제5펌프
Claims (10)
- 열교환 유체가 저장되는 축열 탱크(100);
상기 축열 탱크(100)로부터 전달받은 열교환 유체와 지중 사이의 열교환이 이루어지는 적어도 1개의 지중 열교환기(200);
상기 축열 탱크(100) 또는 상기 지중 열교환기(200)로부터 공급받은 열교환 유체를 부하(10)와 열교환시키는 히트 펌프(300);
급탕을 위한 온수가 저장되는 온수 탱크(400);
냉매의 압축이 이루어지는 압축기(510), 상기 압축기(510)에서 압축된 냉매의 응축이 이루어지는 응축기(520), 상기 응축기(520)에서 응축되는 냉매의 팽창이 이루어지는 팽창 밸브(530) 및 상기 팽창 밸브(530)에서 팽창된 냉매의 증발이 이루어지는 증발기(540)를 포함하는 열교환 유닛(500); 및
연료의 화학 반응에 의하여 전력을 생산하고, 전력의 생산 과정에서 발생하는 열이 냉각수에 의하여 냉각되는 연료 전지(700); 를 포함하고,
상기 응축기(520)가 전달받은 냉매 및 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수는, 상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수의 온도가 기설정된 급탕 온도에 도달할 때가지 상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수와 열교환되고,
상기 증발기(540)가 전달받은 냉매는, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체와 열교환되며,
상기 부하(10)가 냉방 부하인 경우에는,
상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체의 온도가 기설정된 냉방 기준 온도 미만이면, 상기 축열 탱크(100)로부터 상기 히트 펌프(300)에 열교환 유체가 공급되어 상기 축열 탱크(100) 및 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체가 순환하고,
상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체의 온도가 증가하여 상기 냉방 기준 온도에 도달하면, 상기 지중 열교환기(200)로부터 상기 히트 펌프(300)에 열교환 유체가 공급되어 상기 축열 탱크(100), 지중 열교환기(200) 및 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체가 순환하며,
상기 축열 탱크(100), 지중 열교환기(200) 및 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체가 순환하는 상태에서, 상기 지중 열교환기(200)로부터 상기 히트 펌프(300)에 공급되는 열교환 유체의 온도가 증가하여 기설정된 열교환 온도에 도달하면, 상기 열교환 유닛(500)이 동작하고,
상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수의 온도가 상기 급탕 온도에 도달하면, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체의 온도가 상기 열교환 온도 미만인 경우에만, 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체와 열교환되는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템.
- 열교환 유체가 저장되는 축열 탱크(100);
상기 축열 탱크(100)로부터 전달받은 열교환 유체와 지중 사이의 열교환이 이루어지는 적어도 1개의 지중 열교환기(200);
상기 축열 탱크(100) 또는 상기 지중 열교환기(200)로부터 공급받은 열교환 유체를 부하(10)와 열교환시키는 히트 펌프(300);
급탕을 위한 온수가 저장되는 온수 탱크(400);
냉매의 압축이 이루어지는 압축기(510), 상기 압축기(510)에서 압축된 냉매의 응축이 이루어지는 응축기(520), 상기 응축기(520)에서 응축되는 냉매의 팽창이 이루어지는 팽창 밸브(530) 및 상기 팽창 밸브(530)에서 팽창된 냉매의 증발이 이루어지는 증발기(540)를 포함하는 열교환 유닛(500); 및
연료의 화학 반응에 의하여 전력을 생산하고, 전력의 생산 과정에서 발생하는 열이 냉각수에 의하여 냉각되는 연료 전지(700); 를 포함하고,
상기 응축기(520)가 전달받은 냉매 및 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수는, 상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수의 온도가 기설정된 급탕 온도에 도달할 때가지 상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수와 열교환되고,
상기 증발기(540)가 전달받은 냉매는, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체와 열교환되며,
상기 부하(10)가 난방 부하인 경우에는,
상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체의 온도가 기설정된 난방 기준 온도 초과이면, 상기 축열 탱크(100)로부터 상기 히트 펌프(300)에 열교환 유체가 공급되어 상기 축열 탱크(100) 및 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체가 순환하고,
상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체의 온도가 감소하여 상기 난방 기준 온도에 도달하면, 상기 지중 열교환기(200)로부터 상기 히트 펌프(300)에 열교환 유체가 공급되어 상기 축열 탱크(100), 지중 열교환기(200) 및 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체가 순환하며,
상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수의 온도가 상기 급탕 온도에 도달하면, 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체와 열교환되는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 응축기(520)가 전달받은 냉매와 열교환된 열교환 유체를 공기와 열교환시키는 보조 열교환 유닛(600)을 더 포함하고,
상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수의 온도가 상기 급탕 온도에 도달하면, 상기 응축기(520)가 전달받은 냉매와 열교환된 열교환 유체는, 상기 보조 열교환 유닛(600)에 의하여 공기와 열교환되는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템.
- 제 3 항에 있어서,
상기 보조 열교환 유닛(600)은,
상기 응축기(520)가 전달받은 냉매와 열교환된 열교환 유체를 전달받는 보조 열교환기(610);
상기 보조 열교환기(610)에서의 열교환 유체와 공기와의 열교환을 위하여 상기 보조 열교환기(610)를 향하여 공기를 유동시키는 보조 열교환용 팬(620); 및
상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수의 온도가 상기 급탕 온도 미만이면 상기 응축기(520)가 전달받은 냉매와 열교환된 열교환 유체가 상기 응축기(520) 및 온수 탱크(400) 사이를 순환하고, 상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수의 온도가 상기 급탕 온도에 도달하면 상기 응축기(520)가 전달받은 냉매와 열교환된 열교환 유체가 상기 응축기(520) 및 보조 열교환기(610) 사이를 순환하도록 제어하는 제어 밸브(630); 를 포함하는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 열교환 유체가 저장되는 축열 탱크(100);
상기 축열 탱크(100)로부터 전달된 열교환 유체와 지중 사이의 열교환이 이루어지는 적어도 1개의 지중 열교환기(200);
열교환 유체와 부하(10) 사이의 열교환이 이루어지는 히트 펌프(300);
급탕을 위한 온수가 저장되는 온수 탱크(400);
냉매의 압축이 이루어지는 압축기(510), 상기 압축기(510)에서 압축된 냉매의 응축이 이루어지는 응축기(520), 상기 응축기(520)에서 응축되는 냉매의 팽창이 이루어지는 팽창 밸브(530) 및 상기 팽창 밸브(530)에서 팽창된 냉매의 증발이 이루어지는 증발기(540)를 포함하는 열교환 유닛(500);
상기 응축기(520)가 전달받은 냉매와 열교환된 열교환 유체를 공기와 열교환시키는 보조 열교환 유닛(600);
연료의 화학 반응에 의하여 전력을 생산하고, 전력의 생산 과정에서 발생하는 열이 냉각수에 의하여 냉각되는 연료 전지(700);
상기 축열 탱크(100)로부터 상기 히트 펌프(300)에 공급되는 열교환 유체의 온도를 감지하는 제1온도 센서(S1);
상기 지중 열교환기(200)로부터 상기 히트 펌프(300)에 공급되는 열교환 유체의 온도를 감지하는 제2온도 센서(S2);
상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수의 온도를 감지하는 제3온도 센서(S3);
상기 축열 탱크(100)와 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 압송하는 제1펌프(P1);
상기 축열 탱크(100), 지중 열교환기(200)와 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 압송하는 제2펌프(P2);
상기 증발기(540)로 전달된 냉매와의 열교환을 위하여 상기 축열 탱크(100) 및 증발기(540) 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 압송하는 제3펌프(P3);
상기 응축기(520)로 전달된 냉매와의 열교환을 위하여 상기 응축기(520) 및 온수 탱크(400) 사이 또는 상기 응축기(520) 및 보조 열교환기(610) 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 압송하는 제4펌프(P4); 및
상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수의 열교환을 위하여 상기 온수 탱크(400) 및 연료 전지(700) 사이 또는 상기 축열 탱크(100) 및 연료 전지(700) 사이에서 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 순환하도록 압속하는 제5펌프(P5); 를 포함하고,
상기 부하(10)가 냉방 부하인 경우에는,
상기 제1온도 센서(S1)가 감지한 열교환 유체의 온도가 기설정된 냉방 기준 온도 미만이면, 상기 제1펌프(P1)가 동작하고,
상기 제1온도 센서(S1)가 감지한 열교환 유체의 온도가 증가하여 상기 냉방 기준 온도에 도달하면, 상기 제2펌프(P2)가 동작하며,
상기 제2펌프(P2)가 동작한 상태에서, 상기 제2온도 센서(S2)가 감지한 열교환 유체의 온도가 증가하여 기설정된 열교환 온도에 도달하면, 상기 열교환 유닛(500)이 동작하는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템.
- 삭제
- 제 7 항에 있어서,
상기 제3온도 센서(S3)가 감지한 온도가 기설정된 급탕 온도 미만이면, 상기 응축기(520)로 전달된 냉매와 열교환되는 열교환 유체가 상기 제4펌프(P4)의 동작에 의하여 상기 응축기(520) 및 온수 탱크(400) 사이에서 순환하여 상기 응축기(520)가 전달받은 냉매가 상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수와 열교환되고, 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 상기 제5펌프(P5)의 동작에 의하여 상기 연료 전지(700) 및 온수 탱크(400) 사이에서 순환하여 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수와 열교환되고,
상기 제3온도 센서(S3)가 감지한 온도가 상기 급탕 온도에 도달하면, 상기 응축기(520)로 전달된 냉매와 열교환되는 열교환 유체가 상기 제4펌프(P4)의 동작에 의하여 상기 응축기(520) 및 보조 열교환기(610) 사이에서 순환하여 상기 응축기(520)가 전달받은 냉매가 공기와 열교환되고, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체의 온도가 상기 열교환 온도 미만인 경우에만 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 상기 제5펌프(P5)의 동작에 의하여 상기 연료 전지(700) 및 축열 탱크(100) 사이에서 순환하여 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체와 열교환되는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템.
- 열교환 유체가 저장되는 축열 탱크(100);
상기 축열 탱크(100)로부터 전달된 열교환 유체와 지중 사이의 열교환이 이루어지는 적어도 1개의 지중 열교환기(200);
열교환 유체와 부하(10) 사이의 열교환이 이루어지는 히트 펌프(300);
급탕을 위한 온수가 저장되는 온수 탱크(400);
냉매의 압축이 이루어지는 압축기(510), 상기 압축기(510)에서 압축된 냉매의 응축이 이루어지는 응축기(520), 상기 응축기(520)에서 응축되는 냉매의 팽창이 이루어지는 팽창 밸브(530) 및 상기 팽창 밸브(530)에서 팽창된 냉매의 증발이 이루어지는 증발기(540)를 포함하는 열교환 유닛(500);
상기 응축기(520)가 전달받은 냉매와 열교환된 열교환 유체를 공기와 열교환시키는 보조 열교환 유닛(600);
연료의 화학 반응에 의하여 전력을 생산하고, 전력의 생산 과정에서 발생하는 열이 냉각수에 의하여 냉각되는 연료 전지(700);
상기 축열 탱크(100)로부터 상기 히트 펌프(300)에 공급되는 열교환 유체의 온도를 감지하는 제1온도 센서(S1);
상기 지중 열교환기(200)로부터 상기 히트 펌프(300)에 공급되는 열교환 유체의 온도를 감지하는 제2온도 센서(S2);
상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수의 온도를 감지하는 제3온도 센서(S3);
상기 축열 탱크(100)와 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 압송하는 제1펌프(P1);
상기 축열 탱크(100), 지중 열교환기(200)와 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 압송하는 제2펌프(P2);
상기 증발기(540)로 전달된 냉매와의 열교환을 위하여 상기 축열 탱크(100) 및 증발기(540) 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 압송하는 제3펌프(P3);
상기 응축기(520)로 전달된 냉매와의 열교환을 위하여 상기 응축기(520) 및 온수 탱크(400) 사이 또는 상기 응축기(520) 및 보조 열교환기(610) 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 압송하는 제4펌프(P4); 및
상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수의 열교환을 위하여 상기 온수 탱크(400) 및 연료 전지(700) 사이 또는 상기 축열 탱크(100) 및 연료 전지(700) 사이에서 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 순환하도록 압속하는 제5펌프(P5); 를 포함하고,
상기 부하(10)가 난방 부하인 경우에는,
상기 제1온도 센서(S1)가 감지한 열교환 유체의 온도가 기설정된 난방 기준 온도 초과이면, 상기 제1펌프(P1)가 동작하고,
상기 제1온도 센서(S1)가 감지한 열교환 유체의 온도가 감소하여 상기 난방 기준 온도에 도달하면, 상기 제2펌프(P2)가 동작하며,
상기 제3온도 센서(S3)가 감지한 온도가 기설정된 급탕 온도 미만이면, 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 상기 제5펌프(P5)의 동작에 의하여 상기 연료 전지(700) 및 온수 탱크(400) 사이에서 순환하여 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 상기 온수 탱크(400)에 저장된 온수와 열교환되고,
상기 제3온도 센서(S3)가 감지한 온도가 상기 급탕 온도에 도달하면, 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 상기 제5펌프(P5)의 동작에 의하여 상기 연료 전지(700) 및 축열 탱크(100) 사이에서 순환하여 상기 연료 전지(700)를 냉각한 냉각수가 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체와 열교환되는 축열식 히트 펌프 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210123448A KR102428913B1 (ko) | 2021-09-15 | 2021-09-15 | 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210123448A KR102428913B1 (ko) | 2021-09-15 | 2021-09-15 | 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102428913B1 true KR102428913B1 (ko) | 2022-08-04 |
Family
ID=82834302
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210123448A KR102428913B1 (ko) | 2021-09-15 | 2021-09-15 | 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102428913B1 (ko) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060066436A (ko) * | 2004-12-13 | 2006-06-16 | 엘지전자 주식회사 | 연료전지의 폐열을 이용한 냉난방 장치 |
| KR101136072B1 (ko) * | 2011-10-25 | 2012-04-18 | (주)도암엔지니어링 | 지열, 지중 공기, 태양에너지 및 지하수를 이용한 냉난방 시스템 |
| KR101299519B1 (ko) | 2008-04-02 | 2013-08-29 | 김동진 | 급탕전용 지열 복합시스템 |
| KR101534543B1 (ko) | 2013-10-14 | 2015-07-07 | 현대건설 주식회사 | 연료전지 안정화와 열 이용을 위한 시스템 |
| KR20190058237A (ko) * | 2017-11-21 | 2019-05-29 | 유정곤 | 온도성층형 급탕탱크를 이용한 급탕 및 과냉각 히트펌프시스템 |
| KR102044681B1 (ko) | 2018-05-29 | 2019-11-14 | 주식회사 에너지컨설팅 | 지중 열교환기를 포함하는 히트 펌프 시스템 및 그 제어 방법 |
| JP2020051715A (ja) * | 2018-09-28 | 2020-04-02 | 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構 | マルチ熱源ヒートポンプ装置 |
-
2021
- 2021-09-15 KR KR1020210123448A patent/KR102428913B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060066436A (ko) * | 2004-12-13 | 2006-06-16 | 엘지전자 주식회사 | 연료전지의 폐열을 이용한 냉난방 장치 |
| KR101299519B1 (ko) | 2008-04-02 | 2013-08-29 | 김동진 | 급탕전용 지열 복합시스템 |
| KR101136072B1 (ko) * | 2011-10-25 | 2012-04-18 | (주)도암엔지니어링 | 지열, 지중 공기, 태양에너지 및 지하수를 이용한 냉난방 시스템 |
| KR101534543B1 (ko) | 2013-10-14 | 2015-07-07 | 현대건설 주식회사 | 연료전지 안정화와 열 이용을 위한 시스템 |
| KR20190058237A (ko) * | 2017-11-21 | 2019-05-29 | 유정곤 | 온도성층형 급탕탱크를 이용한 급탕 및 과냉각 히트펌프시스템 |
| KR102044681B1 (ko) | 2018-05-29 | 2019-11-14 | 주식회사 에너지컨설팅 | 지중 열교환기를 포함하는 히트 펌프 시스템 및 그 제어 방법 |
| JP2020051715A (ja) * | 2018-09-28 | 2020-04-02 | 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構 | マルチ熱源ヒートポンプ装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8245948B2 (en) | Co-generation and control method of the same | |
| KR101270616B1 (ko) | 코제너레이션 | |
| CN104364587B (zh) | 太阳能系统 | |
| US10094577B2 (en) | Solar energy system | |
| EP2893264B1 (en) | Thermal energy system and method of operation | |
| GB2503781A (en) | Hybrid heat pump boiler system | |
| CN103109142B (zh) | 利用地热的热泵系统 | |
| KR20040023587A (ko) | 배열 회수 시스템 | |
| JP2006313034A (ja) | 地中熱利用装置 | |
| CN102549348A (zh) | 储热水式供热水系统及其运转方法 | |
| KR102047974B1 (ko) | 온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방시스템 | |
| KR100556267B1 (ko) | 지열과 공기열을 이용한 하이브리드 히트펌프 시스템 | |
| JP4377634B2 (ja) | 冷却システムの運転方法 | |
| US20090120606A1 (en) | Double DX Hydronic System | |
| KR100618292B1 (ko) | 흡수식 냉동기를 구비하는 가스 이용 열병합 발전 냉난방시스템 | |
| CN102589196A (zh) | 一种能源综合利用的空调热水系统 | |
| KR102428913B1 (ko) | 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템 | |
| KR102334024B1 (ko) | 지중 열교환기를 포함하는 히트 펌프 시스템 | |
| KR100638225B1 (ko) | 열병합 발전 시스템 및 그의 제어방법 | |
| KR20140089271A (ko) | 공기 지열 복합 열원 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치 | |
| WO2021174263A1 (en) | Energy saving conditioner and heat supply method | |
| KR101834156B1 (ko) | 폐열회수 및 열원보상을 이용한 지열 냉난방 시스템 | |
| KR102593978B1 (ko) | 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템 | |
| KR102631083B1 (ko) | 지중 열교환기를 포함하는 히트 펌프 시스템 | |
| KR100773747B1 (ko) | 열병합발전 겸용 지열회수 시스템 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GRNT | Written decision to grant |