KR102608761B1

KR102608761B1 - 수축열 냉난방 시스템

Info

Publication number: KR102608761B1
Application number: KR1020220182398A
Authority: KR
Inventors: 한성호
Original assignee: (주) 오션엔지니어링
Priority date: 2022-12-22
Filing date: 2022-12-22
Publication date: 2023-12-01

Abstract

본 발명은 수축열 냉난방 시스템에 관한 것으로서, 냉방과 난방 방열 운전 전환이 용이하고, 냉열과 온열 축열 운전 전환이 용이하도록 구성된 단순한 구조의 방열 전환 모듈(400)과 축열 전환 모듈(500)이 구비되어 있고, 방열과 축열 운전이 동시에 이루어질 때에도 쉽게 제어할 수 있고 축열조 내의 열성층을 유지하면서 에너지 효율을 제고할 수 있는 구조를 갖는 디퓨저(110, 120)가 구비되어 있다.

Description

수축열 냉난방 시스템{COOLING AND HEATING SYSTEM using HEAT STORAGE of WATER}

본 발명은 수축열 냉난방 시스템에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 냉방과 난방 방열 운전 전환이 용이하고, 냉열과 온열 축열 운전 전환이 용이하고, 방열과 축열 운전이 동시에 이루어질 때에도 쉽게 제어할 수 있고 축열조 내의 열성층을 유지하면서 에너지 효율을 제고할 수 있는 구조의 디퓨저가 구비되어 있는 수축열 냉난방 시스템에 관한 것이다.

지구 온난화 등의 영향으로 여름철은 더 더워지고 있고 겨울철은 더 추워지고 있어 냉난방 전력 수요는 지속적으로 증가하고 있고, 이로 인해 전력난의 문제점이 발생할 수 있을 뿐 아니라 냉난방기 운용 비용도 크게 증가하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 주간 전력 피크 시간대에 냉난방기 전력 수요를 억제하고, 냉난방기 운용 비용도 절감하기 위하여 수축열 냉난방 시스템의 수요가 점차 증가하고 있다.

수축열 시스템은, 전력 비용이 적게 드는 심야 시간에 히트 펌프 등을 사용하여 축열조의 물에 냉수 또는 온수의 형태로 냉열 또는 온열을 저장해 두었다가 냉방 또는 난방이 필요한 시간 대에 전기가 아닌 축열된 냉수 또는 온수를 순환시켜 냉난방을 구현할 수 있도록 구성되어 에너지 효율이 높은 시스템이다.

이처럼 수축열 시스템은 축열조에 저장되는 물을 축열물질로 사용하고 있고, 물의 축열을 보다 효과적으로 사용하기 위해서는 축열조 내부의 물의 내부적인 열교환이 발생하는 것을 최대한 방지할 수 있도록 열성층화를 유지하는 것이 필요하다.

공개특허 제10-2012-0114081호를 살펴보면, 수축열 저장탱크 내부에 설치된 디퓨저가 유량의 변화 및 운전 조건의 변화에 대응하여 성층이 형성된 영역을 최대한 유지할 수 있는 유량 대응형 디퓨저 및 이를 포함하는 수축열 시스템(이하, '종래기술'이라 함)이 제시되어 있다.

종래기술은 도 1에 도시된 바와 같이 디퓨저가 유량에 대응하여 용량을 변경할 수 있는 장점도 있지만, 그 구성이 복잡하고, 수축열 시스템 자체도 냉난방을 모두 구현하고자 할 때 그 구성이 복잡하게 되는 문제점이 있다.

공개특허공보 제10-2012-0114081호(2012.10.16. 공개)

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 방열 운전에 있어 냉난방 전환이 용이하고 축열 운전에서 냉열 온열 전환이 용이하도록 단순한 구조의 방열 전환 모듈과 축열 전환 모듈을 포함하고 있는 수축열 냉난방 시스템을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 방열과 축열이 동시에 이루어지는 운전 상태에서도 쉽게 제어할 수 있고 축열조 내의 열성층을 유지하면서 에너지 효율을 제고할 수 있는 디퓨저가 구비되어 있는 수축열 냉난방 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명에 따른 수축열 냉난방 시스템은, 축열물질인 물이 저장되는 축열조(100); 히트 펌프(600); 상기 축열조(100)의 내부에 구비된 상부 디퓨저(110)와 하부 디퓨저(120); 상기 축열조(100)에 결합되어 있으며, 상기 상부 디퓨저(110)와 연통되도록 구성된 상부측 연결관(150); 상기 축열조(100)에 결합되어 있으며, 상기 하부 디퓨저(120)와 연통되도록 구성된 하부측 연결관(160); 상기 축열조(100)와 히트 펌프(600) 사이에 구비된 축열 전환 모듈(500); 및 상기 축열조(100)와 방열용 냉난방 부하(700) 사이에 구비된 방열 전환 모듈(500);을 포함하고 있다.

또한, 본 발명에 따른 수축열 냉난방 시스템에서, 상기 상부측 연결관(150)은 제1, 2 상부 연결관(151, 152)을 포함하고, 상기 하부측 연결관(150)은 제1, 2 하부 연결관(161, 162)을 포함하며, 상기 방열 전환 모듈(400)은 상기 제1 상부 연결관(151) 및 제1 하부 연결관(161)과 연결되어 있고, 상기 축열 전환 모듈(500)은 상기 제2 상부 연결관(152) 및 제2 하부 연결관(162)과 연결되어 있을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 수축열 냉난방 시스템에서, 상기 방열 전환 모듈(400)은 삼방 밸브로 형성된 제1, 2 전환 밸브(410, 420); 및 제1, 2 전환 배관(430, 440)을 포함하고 있다. 이 때, 상기 제1 전환 밸브(410)는 상기 제1 상부 연결관(151)에 연결된 제1 배관(310)과 상기 냉난방 부하(700)로부터 회수되는 물이 흐르는 제2 배관(320)에 연결되어 있고, 상기 제2 전환 밸브는(420) 상기 제1 하부 연결관(161)에 연결된 제5 배관(350)과 상기 냉난방 부하(700)로 유입되는 물이 흐르는 제 6 배관(360)에 연결되어 있으며, 상기 제1 전환 배관(430)은 상기 제1 배관(310)과 상기 제2 전환 밸브(420)와 연결되어 있고, 상기 제2 전환 배관(440)은 상기 제5 배관(350)과 상기 제2 전환 밸브(410)와 연결되어 있을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 수축열 냉난방 시스템에서, 상기 축열 전환 모듈(500)은 삼방 밸브로 형성된 제3, 4 전환 밸브(510, 520) 및 제3, 4 전환 배관(530, 540)을 포함하고 있다. 이 때, 상기 제3 전환 밸브(510)는 상기 제2 상부 연결관(152)에 연결된 제3 배관(330)과 상기 히트 펌프(600)로 유입되는 물이 흐르는 제4 배관(340)에 연결되어 있고, 상기 제4 전환 밸브는(520)는 상기 제2 하부 연결관(162)에 연결된 제7 배관(370)과 상기 히트 펌프(600)에서 축열된 냉수 또는 온수가 흐르는 제8 배관(380)에 연결되어 있으며, 상기 제3 전환 배관(530)은 상기 제8 배관(380)과 상기 제3 전환 밸브(510)와 연결되어 있고, 상기 제4 전환 배관(440)은 상기 제6 배관(380)과 상기 제4 전환 밸브(520)와 연결되어 있을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 수축열 냉난방 시스템의 제2 실시예에서, 상기 상부 디퓨저(110)는 상부에서 하부로 순차적으로 서로 이격되어 형성되어 있는 상부 고정 플레이트(111); 제1 상부 가이드 플레이트(112); 제2 상부 가이드 플레이트(113); 및 상부 축 배관(130)을 포함하고 있을 수 있다. 이 때, 상기 상부 축 배관(130)은 중심부에 물이 흐를 수 있도록 구성된 상부 중심 배관(131) 및 상기 상부 중심 배관(132)을 외측에서 감싸도록 형성되어 있고, 그 내측으로 물이 흐를 수 있도록 구성된 상부 외측 배관(132)을 포함하는 이중 배관 구조로 형성되어 있으며, 상부 중심 배관(131)을 통해 이동하는 물은 상기 상부 고정 플레이트(111)와 상기 제1 상부 가이드 플레이트(112) 사이로 흐르도록 구성되어 있고, 상기 상부 외측 배관(132)을 통해 이동하는 물은 상기 제1, 2 상부 가이드 플레이트(112, 113) 사이로 흐르도록 구성되어 있을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 수축열 냉난방 시스템에서, 상기 하부 디퓨저(120)는 하부에서 상부로 순차적으로 서로 이격되어 형성되어 있는 제1 하부 가이드 플레이트(122); 제2 하부 가이드 플레이트(123); 및 하부 축 배관(140);을 포함하고 있을 수 있다. 이 때, 상기 하부 축 배관(140)은 중심부에 물이 흐를 수 있도록 구성된 하부 중심 배관(141) 및 상기 하부 중심 배관(142)을 외측에서 감싸도록 형성되어 있고, 그 내측으로 물이 흐를 수 있도록 구성된 하부 외측 배관(142)을 포함하는 이중 배관 구조로 형성되어 있으며, 하부 중심 배관(141)을 통해 이동하는 물은 상기 축열조(100)의 바닥면과 상기 제1 하부 가이드 플레이트(122) 사이로 흐르도록 구성되어 있고, 상기 하부 외측 배관(142)을 통해 이동하는 물은 상기 제1, 2 하부 가이드 플레이트(122, 123) 사이로 흐르도록 구성되어 있을 수 있다.

본 발명에 따른 수축열 냉난방 시스템은 축열조와 냉난방장치 및 히트 펌프 사이에 각각 방열 전환 모듈 및 축열 전환 모듈을 형성함으로서, 단순한 구조를 통해 방열 운전에서 냉난방 방열 전환 및 축열 운전에서 냉열 온열 전환을 쉽게 할 수 있을 뿐 아니라 에너지 효율도 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 디퓨저(110, 120)는 유입 배관을 통해 유입되는 물과 유출 배관을 통해 배출되는 물이 서로 구분된 상태에서 이동할 수 있도록 구성되어 있어, 방열과 축열이 동시에 발생하는 운전 상태에서도 안정적으로 제어를 할 수 있고, 에너지를 보다 효율적으로 생산하고 활용할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 디퓨저(110, 120)는 이중 구조의 축 배관을 포함하고 있고 물의 유입부와 유출부가 적층되어 있어 구조적으로 축열조의 열성층 조건을 안정적으로 유지할 수 있고, 수축열 냉난방 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1. 종래기술에 나타난 수축열 시스템의 방냉 운전 구성도.
도 2. 본 발명에 따른 수축열 냉난방 시스템의 제1 실시예의 구성도.
도 3. 본 발명의 제1 실시예 시스템에 따른 냉열 축열 운전 상태도.
도 4. 본 발명의 제1 실시예 시스템에 따른 냉방 방열 운전 상태도.
도 5. 본 발명의 제1 실시예 시스템에 따른 방열 축열 동시 운전 상태도.
도 6. 본 발명의 제2 실시예 디퓨저의 부분 확대도.
도 7. 본 발명의 제2 실시예에 따른 냉방용 방열 축열 동시 운전 상태도.
도 8. 본 발명의 제2 실시예에 따른 난방용 방열 축열 동시 운전 상태도.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

또한, 본 명세서에서 축열이라는 용어는 냉열 및 온열 생산 모두를 포함하는 넓은 범위의 용어로 이해되어야 한다. 즉, 물에 온열을 가하여 온수를 생산하는 것과 물에 냉열을 가하여 냉수를 생산하는 것 모두 넓은 의미의 축열 과정이다.

또한, 본 명세서에서 방열이라는 용어는 축열조의 축열된 물을 냉난방장치로 순환시켜 열교환을 하는 과정을 의미하는 넓은 범위의 용어로 이해되어야 한다. 즉, 축열조에 저장된 냉수 또는 온수를 냉난방장치로 순환시켜 냉방을 하거나 난방을 하는 것을 방열로 표현한다.

본 발명에 따른 수축열 냉난방 시스템의 제1 실시예는 도 2에 도시된 바와 같이 축열조(100); 디퓨저(110, 120); 히트 펌프(600); 방열 펌프(200); 및 냉난방장치(700);를 포함하고 있다.

축열조(100)는 본 발명에서 축열물질인 물을 저장하고 한다.

축열조(100)는 내부에 저장된 물은 심야 시간 등에 히트 펌프(600)를 통해 축열하여 저장하고, 축열된 물을 냉난방장치(700)를 통해 순환시키며 방열하여 건물 등의 냉방 또는 난방을 할 수 있도록 한다.

축열조(100)의 물은 증발 등으로 감소할 수 있는데, 필요한 경우, 급수관(190)을 통해 추가로 공급할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

디퓨저(110, 120)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 축열조(100)의 내부에서 축열물질인 물이 열성층을 이룰 수 있는 구조로 형성되어 있으며, 상부 디퓨저(110)와 하부 디퓨저(120)로 형성되어 있다.

도 2에 도시된 제1 실시예에 따른 상부 디퓨저(110)는 열성층 상태를 유지하면서 축열된 물을 유입하거나 유출할 수 있도록 구성되어 있고, 상부에서 하부로 순차적으로 형성되어 있는 상부 고정 플레이트(111)와 제1 상부 가이드 플레이트(112) 및 상부 축 배관(130)을 포함하고 있다.

상기 상부 고정 플레이트(111)와 상기 제1 상부 가이드 플레이트(112)는 이격된 상태가 유지되도록 지지대(미도시)에 의해 지지되어 있다.

상기 상부 축 배관(130)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제1 상부 가이드 플레이트(112)의 하부에 결합되어 있고, 상부 축 배관(130)을 통해 이동하는 물은 상기 상부 고정 플레이트(111)와 상기 제1 상부 가이드 플레이트(112) 사이로 흐를 수 있도록 구성되어 있다.

도 2에 도시된 제1 실시예에 따른 하부 디퓨저(120)도 성층화 상태를 유지하면서 축열된 물을 유입하거나 유출할 수 있도록 구성되어 있고, 축열조(100)의 바닥면과 이격된 상태로 형성되어 있는 제1 하부 가이드 플레이트(122) 및 하부 축 배관(140)을 포함하고 있다.

상기 하부 축 배관(140)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제1 하부 가이드 플레이트(122)의 상부에 결합되어 있고, 하부 축 배관(130)을 통해 이동하는 물은 상기 축열조(100)의 바닥면과 상기 제1 하부 가이드 플레이트(122) 사이로 흐를 수 있도록 구성되어 있다.

상기 상부, 하부 축 배관(130, 140)은 각각 상부측, 하부측 연결관(150, 160)을 통해 히트 펌프(600) 및 냉난방장치(700)로 축열조(100) 내부의 물을 순환시킬 수 있다.

상기 상부측 연결관(150)은 도 2에 도시된 바와 같이 제1 상부 연결관(151) 및 그 하부에 간격을 두고 설치되는 제2 상부 연결관(152)으로 형성되어 있을 수 있다.

상기 제1, 2 상부 연결관(151, 152)은 상기 축열조(100)를 관통하여 결합된 구조로 형성되어 있고, 상기 축열조(100)의 내부에서 각각 상기 상부 축 배관(130)과 연통되도록 구성되어 있다.

상기 하부측 연결관(160)은 도 2에 도시된 바와 같이 제1 하부 연결관(161) 및 그 상부에 간격을 두고 설치되는 제2 하부 연결관(162)으로 형성되어 있을 수 있다.

상기 제1, 2 하부 연결관(161, 162)도 상기 축열조(100)를 관통하여 결합된 구조로 형성되어 있고, 상기 축열조(100)의 내부에서 각각 상기 하부 축 배관(140)과 연통되도록 구성되어 있다.

히트 펌프(600)는 축열조(100)의 물을 축열(냉수, 온수)하는 열원에 해당하는 구성요소로서, 그 내부에 축열조(100)로부터 공급되는 물을 냉수 또는 온수로 축열하여 다시 축열조(100)로 유입될 수 있도록 강제 순환할 수 있는 축열 펌프(미도시)를 포함하고 있을 수 있다.

방열 펌프(200)는 상기 축열조(100)에 축열된 물을 냉난방장치(700)로 강제 순환시켜 냉방 또는 난방과 같은 방열 운전을 위한 장치이다.

냉난방장치(700)는 건물 등에 설치되어 축열조(100)에서 공급된 물과의 열 교환을 통해 냉방 또는 난방을 할 수 있도록 구성되어 있는 장치이다.

상기 축열조(100), 히트 펌프(600), 방열 펌프(200) 및 냉난방장치(700)는 제1 내지 8 배관으로 연결되어 축열조(100)에 저장된 물이 순환될 수 있도록 구성되어 있다.

방열 전환 모듈(400)은 상기 축열조(100)와 상기 냉난방장치(700) 사이에 구비되어 방열 운전에서 냉방과 난방을 전환할 수 있도록 구성된 모듈이다.

상기 방열 전환 모듈(400)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 삼방 밸브로 형성된 제1, 2 전환 밸브(410, 420); 및 제1, 2 전환 배관(430, 440)을 포함하고 있다.

상기 제1 전환 밸브(410)는 상기 제1 상부 연결관(151)에 연결된 제1 배관(310); 및 상기 냉난방장치(700)로부터 회수되는 물이 흐르는 제 2 배관(320);과 연결되어 있다.

상기 제2 전환 밸브는(420) 상기 제1 하부 연결관(161)에 연결된 제5 배관(350); 및 방열을 위해 상기 냉난방장치(700)로 유입되는 물이 흐르는 제6 배관(360);과 연결되어 있다.

상기 제1 전환 배관(430)은 상기 제1 배관(310) 및 상기 제2 전환 밸브(420)와 연결되어 있고, 상기 제2 전환 배관(440)은 상기 제5 배관(350) 및 상기 제2 전환 밸브(410)와 연결되어 있다.

상기 방열 펌프(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 냉난방장치(700)로 유입되는 물이 흐르는 제6 배관(360) 상에 설치되어 냉난방장치(700)로 유입되는 물을 강제순환시킬 수 있도록 구성되어 있다.

축열 전환 모듈(500)은 상기 축열조(100)와 상기 히트 펌프(600) 사이에 구비되어 축열 운전에서 온수를 생산하는 축열 운전과 냉수를 생산하는 축열 운전을 전환할 수 있도록 구성된 모듈이다.

상기 축열 전환 모듈(500)은, 도 2에 도시된 바와 같이 삼방 밸브로 형성된 제3, 4 전환 밸브(510, 520); 및 제3, 4 전환 배관(530, 540)을 포함하고 있다.

상기 제3 전환 밸브(510)는 상기 제2 상부 연결관(152)에 연결된 제3 배관(330)과 상기 히트 펌프(600)로 유입되는 물이 흐르는 제4 배관(340)에 연결되어 있다.

상기 제4 전환 밸브는(520)는, 상기 제2 하부 연결관(162)에 연결된 제7 배관(370)과 상기 히트 펌프(600)에서 축열된 냉수 또는 온수가 흐르는 제8 배관(380);에 연결되어 있다.

상기 제3 전환 배관(530)은 상기 제8 배관(380) 및 상기 제3 전환 밸브(510)와 연결되어 있고, 상기 제4 전환 배관(440)은 상기 제6 배관(380) 및 상기 제4 전환 밸브(520)와 연결되어 있다.

상기 제1, 2 상부 연결관(151, 152) 및 상기 제1, 2 하부 연결관(161, 162)에 각각 연결되는 제1, 3, 5, 7 배관(310, 330, 350, 370)에는 물의 흐름을 제어하기 위한 제1, 2, 3, 4 밸브(210, 220, 230, 240)가 추가로 연결되어 있을 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 수축열 냉난방 시스템의 제1 실시예는 축열과 방열 운전을 원활하게 구현할 수 있다. 또한, 축열 운전 중에 냉열과 온열 축열 전환을 쉽게 구현할 수 있고 방열 운전 중에 냉방과 난방 방열 전환 또한 쉽게 구현할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이 제1 실시예에 따른 수축열 냉난방 시스템의 냉열 축열 운전은. 축열조(100) 상부에 위치하는 물을 상부 디퓨저(130), 제2 상부 연결관(152), 제3 배관(330) 및 제4 배관(340)을 통해 히트 펌프(600)로 유입시키고, 상기 히트 펌프(600)에서 냉열로 축열한 냉수를 제8 배관(380), 제7 배관(370), 제2 하부 연결관(162) 및 하부 디퓨저(140)를 통해 상기 축열조(100)의 바닥면에 저장한다.

도 4에 도시된 바와 같이 제1 실시예에 따른 수축열 냉난방 시스템의 냉방 방열 운전은. 축열조(100) 하부에 위치하는 냉열로 축열된 냉수를 하부 디퓨저(140), 제1 하부 연결관(151), 제5 배관(350) 및 제6 배관(340)을 통해 냉난방장치(700)로 유입시키고, 상기 냉난방장치(700)에서 열교환되어 온도가 높아진 물은 제2 배관(320), 제1 배관(310), 제1 상부 연결관(15) 및 상부 디퓨저(130)를 통해 상기 축열조(100)의 상부로 회수된다.

이처럼, 물은 냉수가 온수보다 밀도가 높기 때문에 안정적인 열성층을 유지하기 위해, 냉열 축열은 상부의 물을 냉수로 축열하여 축열조(100)의 하부로 저장하고, 냉방 방열은 온도가 낮은 하부의 냉수를 방열하고 온도가 높아진 물을 상부로 회수한다.

도 3, 4에 도시된 바와 같이 축열과 방열 운전은 원활하게 구현할 수 있고, 온열 축열 및 난방 방열 운전 또한 원활하게 구현할 수 있다.

도 5는 냉방 방열과 냉열 축열 운전이 동시에 발생하는 시스템의 상태도이다.

하부 축 배관(140)을 살펴보면, 냉방 방열을 위해 제1 하부 연결관(161)으로 배출하는 냉수와 냉열 축열 후 상기 제2 하부 연결관(162)으로 회수되어 저장되는 냉수의 흐름이 서로 반대여서, 상기 제1 하부 연결관(161)으로 배출되려는 냉수가 축열조에 저장되어 있던 물인지, 상기 제2 하부 연결관(162)을 통해 유입되고 있는 냉수인지 구분하기 어려운 문제점이 있다.

이 때, 하부 축 배관(140)에서는 온도가 거의 동일한 냉수이기 때문에 별다른 문제점이 발생하지 않을 수 있다.

하지만, 상부 축 배관(130)을 살펴보면, 축열을 위해 제2 상부 연결관(152)으로 배출되려는 물과 방열 후 상기 제1 상부 연결관(151)으로 회수되는 물의 흐름이 서로 반대여서, 상부 축 배관(130)에서 서로 다른 온도를 갖는 물이 혼합될 수 있는 문제점이 있다.

이처럼, 상부 축 배관(130)에서는 온도가 다른 물이 서로 반대방향으로 이동하고 있어, 물의 흐름을 제어하기 어렵고, 축열을 위해 배출되는 물의 온도도 정확하게 파악하기 어려워 효과적으로 축열 운전을 하기 어려운 문제점이 발생할 수 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 발명자는 도 6에 도시된 디퓨저가 구비된 수축열 냉난방 시스템의 실시예 2를 제시한다.

제2 실시예에 따른 상부 디퓨저(110)는, 도 6에 도시된 바와, 상부에서 하부로 순차적으로 형성되어 있는 상부 고정 플레이트(111); 제1 상부 가이드 플레이트(112); 제2 상부 가이드 플레이트(113); 및 상부 축 배관(130)을 포함한다.

상기 상부 고정 플레이트(111); 제1 상부 가이드 플레이트(112); 제2 상부 가이드 플레이트(113);는 서로 이격된 상태로 지지되어 있다.

상기 상부 축 배관(130)은, 중심부에 물이 흐를 수 있도록 구성된 상부 중심 배관(131); 및 상기 상부 중심 배관(132)을 외측에서 감싸도록 형성되어 있고, 그 내측으로 물이 흐를 수 있도록 구성된 상부 외측 배관(132);을 포함하는 이중 배관 구조로 형성되어 있다.

또한, 상기 상부 중심 배관(131)을 통해 이동하는 물은 상기 상부 고정 플레이트(111)와 상기 제1 상부 가이드 플레이트(112) 사이로 흐르도록 구성되어 있고, 상기 상부 외측 배관(132)을 통해 이동하는 물은 상기 제1, 2 상부 가이드 플레이트(112, 113) 사이로 흐르도록 구성되어 있다.

도 6에 도시된 바와 같이 상기 상부 외측 배관(132)은 상기 제1 상부 연결관(151)과 연통되도록 구성되어 있고, 상기 상부 중심 배관(131)은 상기 제2 상부 연결관(152)과 연통되도록 구성되어 있다.

제2 실시예에 따른 상기 하부 디퓨저(120)는, 도 6에 도시된 바와, 하부에서 상부로 순차적으로 형성되어 있는 제1 하부 가이드 플레이트(122); 제2 하부 가이드 플레이트(123); 및 하부 축 배관(140);을 포함하고 있다.

상기 제1 하부 가이드 플레이트(122)는 축열조(100)의 바닥면과 이격되도록 설치되어 있고, 상기 제1 하부 가이드 플레이트(122)와 제2 하부 가이드 플레이트(123);는 서로 이격된 상태로 지지되어 있다.

상기 하부 축 배관(140)은, 중심부에 물이 흐를 수 있도록 구성된 하부 중심 배관(141); 및 상기 하부 중심 배관(142)을 외측에서 감싸도록 형성되어 있고, 그 내측으로 물이 흐를 수 있도록 구성된 하부 외측 배관(142);을 포함하는 이중 배관 구조로 형성되어 있다.

하부 중심 배관(141)을 통해 이동하는 물은 상기 축열조(100)의 바닥면과 상기 제1 하부 가이드 플레이트(122) 사이로 흐르도록 구성되어 있고, 상기 하부 외측 배관(142)을 통해 이동하는 물은 상기 제1, 2 하부 가이드 플레이트(122, 123) 사이로 흐르도록 구성되어 있다.

이와 같은 제2 실시예에 따른 디퓨저(110, 120)가 구비된 수축열 냉난방 시스템의 운전 상태를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 냉열 또는 온열 축열 운전 및 냉방 또는 난방 방열 운전은 제1 실시예와 마찬가지로 쉽게 구현할 수 있다.

축열과 방열 운전을 동시에 하는 경우를 살펴보면 아래의 도 7, 8을 통해 원활하게 구현할 수 있는 것을 알 수 있다.

도 7은 냉방 방열과 냉열 축열 운전이 동시에 발생하는 본 발명의 제2 실시예에 따른 시스템의 상태도이다.

하부 축 배관(140)을 살펴보면, 냉방 방열을 위해 배출되는 냉수는 하부 외측 배관(142)을 통해 제1 하부 연결관(161)으로 배출되고, 냉열 축열 후 상기 제2 하부 연결관(162)으로 회수되어 저장되는 냉수는 하부 중심 배관(141)을 통해 하부 디퓨저(120)로 유입된다.

따라서 유입 유출되는 냉수의 흐름이 서로 반대이지만 서로 다른 유로를 따라 이동하므로 혼합되는 문제점이 없다.

상부 축 배관(130)을 살펴보면, 축열을 위해 배출되는 물은 상부 중심 배관(131)과 제2 상부 연결관(152)을 통해 배출되고, 방열 후 상기 제1 상부 연결관(151)으로 회수되는 물은 상부 외측 배관(132)를 통해 상부 디퓨저(110)로 유입된다.

따라서, 상부 디퓨저(110)에서도 유입 유출되는 물의 흐름이 서로 반대이지만 서로 다른 유로를 따라 이동하므로 혼합되는 문제점이 없다.

도 8은 난방 방열과 온열 축열 운전이 동시에 발생하는 본 발명의 제2 실시예에 따른 시스템의 상태도이다.

먼저, 상기 방열 전환 모듈(400)과 축열 전환 모듈(500)이 각각 작동하여 유로가 변화시킴으로서, 냉방 방열과 냉열 축열 운전을 난방 방열과 온열 축열 운전으로 변화시킨다.

본 발명에서는 난방 방열과 온열 축열 운전 조건에서 방열 전환 모듈(400)과 축열 전환 모듈(500)이 작동하는데, 이는 히트 펌프(600)의 유입구와 유출구, 냉난방장치(700)의 유입구와 유출구의 위치를 변경할 경우 각 전환 모듈(400, 500)의 작동 조건도 변할 수 있음은 자명하다.

다음으로 상부 축 배관(130)을 살펴보면, 난방 방열을 위해 배출되는 온수는 상부 외측 배관(132)을 통해 제1 상부 연결관(151)으로 배출되고, 온열 축열 후 상기 제2 상부 연결관(152)으로 회수되어 저장되는 온수는 상부 중심 배관(141)을 통해 상부 디퓨저(110)로 유입된다.

따라서 유입 유출되는 온수의 흐름이 서로 반대이지만 서로 다른 유로를 따라 이동하므로 혼합되는 문제점이 없다.

하부 축 배관(140)을 살펴보면, 축열을 위해 배출되는 물은 하부 중심 배관(141)과 제2 하부 연결관(162)을 통해 배출되고, 방열 후 상기 제1 하부 연결관(161)으로 회수되는 물은 하부 외측 배관(142)를 통해 하부 디퓨저(120)로 유입된다.

따라서, 하부 디퓨저(120)에서도 유입 유출되는 물의 흐름이 서로 반대이지만 서로 다른 유로를 따라 이동하므로 혼합되는 문제점이 없다.

즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 수축열 냉난방 시스템에서는 축열과 방열 운전을 동시에 하는 경우에도 각 디퓨저(110, 120)에서 유입, 유출되는 물이 혼합되지 않으므로, 유입, 유출되는 물의 온도 및 유량 등을 정확하게 파악할 수 있고 정확하게 제어할 수 있으며, 효율적인 축열도 가능하다.

또한, 상기 각 디퓨저(110, 120)에서 유입, 유출되는 물은 서로 분리되어 이동하고 서로 근접한 층을 이루고 있어, 열성층 조건을 충분히 유지할 수 있으므로, 축열된 물을 보다 효과적으로 이용할 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 축열조 110 : 상부 디퓨저
111 : 상부 고정 플레이트 112 : 제1 상부 가이드 플레이트
113 : 제2 상부 가이드 플레이트 120 : 하부 디퓨저
122 : 제1 하부 가이드 플레이트 123 : 제2 하부 가이드 플레이트
130 : 상부 축 배관 131 : 상부 중심 배관
132 : 상부 외측 배관 140 : 하부 축 배관
141 : 하부 중심 배관 142 : 하부 외측 배관
150 : 상부측 연결관 151 : 제1 상부 연결관
152 : 제2 상부 연결관 160 : 하부측 연결관
161 : 제1 하부 연결관 162 : 제2 하부 연결관
190 : 급수관 200 : 방열 펌프
210, 220, 230, 240 : 제 1, 2, 3, 4 밸브
310 : 제1 배관 320 : 제2 배관 330 : 제3 배관 340 : 제4 배관
350 : 제5 배관 360 : 제6 배관 370 : 제7 배관 380 : 제8 배관
400 : 방열 전환 모듈 410 : 제1 전환 밸브
420 : 제2 전환 밸브 430 : 제1 전환 배관
440 : 제4 전환 배관 500 : 축열 전환 모듈
510 : 제3 전환 밸브 520 : 제4 전환 밸브
530 : 저3 전환 배관 540 : 제4 전환 배관
600 : 히트 펌프 700 : 냉난방장치

Claims

축열물질인 물이 저장되는 축열조(100);
히트 펌프(600);
상기 축열조(100)의 내부에 구비된 상부 디퓨저(110)와 하부 디퓨저(120);
상기 축열조(100)에 결합되어 있으며, 상기 상부 디퓨저(110)와 연통되도록 구성된 상부측 연결관(150);
상기 축열조(100)에 결합되어 있으며, 상기 하부 디퓨저(120)와 연통되도록 구성된 하부측 연결관(160);
상기 축열조(100)와 히트 펌프(600) 사이에 구비된 축열 전환 모듈(500); 및
상기 축열조(100)와 방열용 냉난방장치(700) 사이에 구비된 방열 전환 모듈(400);을 포함하고 있는 수축열 냉난방 시스템에 있어서,
상기 상부측 연결관(150)은, 제1, 2 상부 연결관(151, 152)을 포함하고,
상기 하부측 연결관(160)은, 제1, 2 하부 연결관(161, 162)을 포함하며,
상기 방열 전환 모듈(400)은, 상기 제1 상부 연결관(151) 및 제1 하부 연결관(161)과 연결되어 있고,
상기 축열 전환 모듈(500)은 상기 제2 상부 연결관(152) 및 제2 하부 연결관(162)과 연결되어 있으며,
상기 상부 디퓨저(110)는,
상부에서 하부로 순차적으로 형성되어 있는 상부 고정 플레이트(111); 제1 상부 가이드 플레이트(112); 제2 상부 가이드 플레이트(113); 및 상부 축 배관(130)을 포함하고,
상기 상부 고정 플레이트(111); 제1 상부 가이드 플레이트(112); 및 제2 상부 가이드 플레이트(113);는 서로 이격된 상태로 지지되도록 형성되어 있고,
상기 상부 축 배관(130)은,
중심부에 물이 흐를 수 있도록 구성된 상부 중심 배관(131); 및
상기 상부 중심 배관(131)을 외측에서 감싸도록 형성되어 있고, 그 내측으로 물이 흐를 수 있도록 구성된 상부 외측 배관(132);을 포함하는 이중 배관 구조로 형성되어 있되,
상기 상부 중심 배관(131)은 상기 제2 상부 연결관(152)과 연통되도록 구성되어 있고,
상기 상부 외측 배관(132)은 상기 제1 상부 연결관(151)과 연통되도록 구성되어 있으며
상부 중심 배관(131)을 통해 이동하는 물은 상기 상부 고정 플레이트(111)와 상기 제1 상부 가이드 플레이트(112) 사이로 흐르도록 구성되어 있고,
상기 상부 외측 배관(132)을 통해 이동하는 물은 상기 제1, 2 상부 가이드 플레이트(112, 113) 사이로 흐르도록 구성되어 있으며,
상기 하부 디퓨저(120)는,
하부에서 상부로 순차적으로 형성되어 있는 제1 하부 가이드 플레이트(122); 제2 하부 가이드 플레이트(123); 및 하부 축 배관(140);을 포함하고,
상기 제1 하부 가이드 플레이트(122)는 상기 축열조(100)의 바닥면과 이격되도록 설치되고, 상기 제1 하부 가이드 플레이트(122)와 제2 하부 가이드 플레이트(123)는 서로 이격된 상태로 지지되도록 형성되어 있고,
상기 하부 축 배관(140)은,
중심부에 물이 흐를 수 있도록 구성된 하부 중심 배관(141); 및
상기 하부 중심 배관(141)을 외측에서 감싸도록 형성되어 있고, 그 내측으로 물이 흐를 수 있도록 구성된 하부 외측 배관(142);을 포함하는 이중 배관 구조로 형성되어 있되,
상기 하부 중심 배관(141)은 상기 제2 하부 연결관(162)과 연통되도록 구성되어 있고,
상기 하부 외측 배관(142)은 상기 제1 하부 연결관(161)과 연통되도록 구성되어 있으며
하부 중심 배관(141)을 통해 이동하는 물은 상기 축열조(100)의 바닥면과 상기 제1 하부 가이드 플레이트(122) 사이로 흐르도록 구성되어 있고,
상기 하부 외측 배관(142)을 통해 이동하는 물은 상기 제1, 2 하부 가이드 플레이트(122, 123) 사이로 흐르도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 수축열 냉난방 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 방열 전환 모듈(400)은,
삼방 밸브로 형성된 제1, 2 전환 밸브(410, 420); 및
제1, 2 전환 배관(430, 440)을 포함하고,
상기 제1 전환 밸브(410)는,
상기 제1 상부 연결관(151)에 연결된 제1 배관(310);과 상기 냉난방장치(700)로부터 회수되는 물이 흐르는 제 2 배관(320);에 연결되어 있고,
상기 제2 전환 밸브는(420),
상기 제1 하부 연결관(161)에 연결된 제5 배관(350);과 상기 냉난방장치(700)로 유입되는 물이 흐르는 제6 배관(360);에 연결되어 있으며,
상기 제1 전환 배관(430)은, 상기 제1 배관(310)과 상기 제2 전환 밸브(420)와 연결되어 있고,
상기 제2 전환 배관(440)은, 상기 제5 배관(350)과 상기 제2 전환 밸브(410)와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 수축열 냉난방 시스템.
제1항에 있어서,
상기 축열 전환 모듈(500)은,
삼방 밸브로 형성된 제3, 4 전환 밸브(510, 520); 및
제3, 4 전환 배관(530, 540)을 포함하고,
상기 제3 전환 밸브(510)는,
상기 제2 상부 연결관(152)에 연결된 제3 배관(330);과 상기 히트 펌프(600)로 유입되는 물이 흐르는 제4 배관(340);에 연결되어 있고,
상기 제4 전환 밸브는(520)는,
상기 제2 하부 연결관(162)에 연결된 제7 배관(370);과 상기 히트 펌프(600)에서 축열된 냉수 또는 온수가 흐르는 제8 배관(380);에 연결되어 있으며,
상기 제3 전환 배관(530)은, 상기 제8 배관(380)과 상기 제3 전환 밸브(510)와 연결되어 있고,
상기 제4 전환 배관(440)은, 상기 제6 배관(380)과 상기 제4 전환 밸브(520)와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 수축열 냉난방 시스템.
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