KR20030023724A - 우물물형 액체 냉각 및 가열자원시스템 - Google Patents

우물물형 액체 냉각 및 가열자원시스템 Download PDF

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KR20030023724A KR10-2003-7001368A KR20037001368A KR20030023724A KR 20030023724 A KR20030023724 A KR 20030023724A KR 20037001368 A KR20037001368 A KR 20037001368A KR 20030023724 A KR20030023724 A KR 20030023724A
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Abstract

본 발명의 우물물형 액체 냉각 및 가열자원시스템은, 도관들을 통해 순차적으로 연결된 우물, 에너지수송장치, 방출펌프 및 흡입펌프를 포함한다. 이 우물은 조절판에 의해 상부와 하부로 분리되고, 저수준의 냉가 및 열자원으로서 사용되는 약 15℃정도로 온도가 일정한 물을 공급할 수 있다. 우물의 방출관 및 복귀관은 에너지수송장치의 액체유입관 및 복귀관에 각각 연결된다. 흡입펌프는 우물의 하부 또는 조절판상에 탑재된다. 방출펌프에 장착된, 에너지수송장치의 방출관은 공조기와 같은 부하에 연결된다. 공조기의 방출관과 같은 부하가 에너지수송장치의 콘덴서와 쌍을 이루는 열교환배관의 액체유입관에 연결된다. 이 시스템은 비용이 적게 들고 오염이 없다.

Description

우물물형 액체 냉각 및 가열자원시스템{Well-water-type liquid cooling and heating resource system}
최근의 일반적인 열공급시스템은 주 에너지원들로서 석탄, 가스 또는 석유를 사용한다. 석탄, 가스 또는 석유의 양은 한정적이며, 그것들의 연소중후에는 대량의 재, 먼지 또는 연소가스가 생산되고, 환경을 오염시키고 대기특성을 변화시켜, 지구를 가열시키는 온실효과를 초래하고, 빙하들이 녹아 해수면 등이 올라간다. 종래의 냉각시스템들에 사용된 에너지는 고비용이 드는 전기로서, 또한 그것의 양은 석탄, 가스 또는 석유 등의 연료의 연소로부터 생성되므로, 이러한 연료들을 연소시킴으로써 환경에 대해 야기되는 것과 동일한 문제들이 다시 발생한다. 그러나, 다량의 저수준의 냉각 및 열자원들이 지하수에 저장되어 있다. CiAT주식회사에서 생산한 물-물형 열펌프시스템은 에너지원으로서 우물물을 사용하지만, 이 시스템에는 물공급용 및 물복귀용의 두 개의 우물이 필요하다. 결과적으로, 비용이 많이 든다.
본 발명은 에너지자원시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 우물물형 액체 냉각 및 가열자원시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 우물물형 액체 냉각 및 가열자원시스템의 개략도,
도 2는 본 발명의 우물물형 액체 냉각 및 가열자원시스템의 다른 개략도,
도 3은 본 발명의 우물물형 액체 냉각 및 가열자원시스템에서의 에너지수송장치의 겨울가열용 처리의 작동원리를 보여주는 도면, 및
도 4는 본 발명의 우물물형 액체 냉각 및 가열자원시스템에서의 에너지수송장치의 여름냉각용 처리의 작동원리를 보여주는 도면.
본 발명의 목적은 상술한 문제를 극복할 수 있는 우물물형 액체 냉각 및 가열자원시스템을 제공하는 데 있다.
이 시스템은 무공해 및 저비용의 이점들이 있다. 본 발명의 우물물형 액체 냉각 및 가열자원시스템은, 도관들을 통해 순차적으로 연결된 우물, 에너지수송장치, 방출펌프 및 흡입펌프를 포함한다. 이 우물은 조절판에 의해 상부와 하부로 분리되고, 저수준의 냉가 및 열자원으로서 사용되는 약 15℃정도로 온도가 일정한 물을 공급할 수 있다. 우물의 방출관 및 복귀관은 에너지수송장치의 액체유입관 및 복귀관에 각각 연결된다. 흡입펌프는 우물의 하부 또는 조절판상에 탑재된다. 방출펌프에 장착된, 에너지수송장치의 방출관은 공조기와 같은 부하에 연결된다. 공조기의 방출관과 같은 부하가 에너지수송장치의 콘덴서와 쌍을 이루는 열교환배관의 액체유입관에 연결된다. 이 시스템은 비용이 적게 들고 오염이 없다.
본 발명의 우물물형 액체 냉각 및 가열자원시스템은 우물, 흡입펌프, 에너지수송장치 및 방출펌프를 포함하고, 여기서 하나의 우물에만 우물을 상부와 하부로 분리하기 위한 조절(baffle)판이 배치된다. 흡입펌프는 상기 하부 또는 조절판상에 탑재된다. 에너지수송장치는 관들을 통해 순차적으로 연결된 압축기, 콘덴서, 액체저장소, 건조필터, 제한초크, 증발기 및 가스-액체분리기로 구성된 가열사이클 및 열교환사이클을 포함한다. 상기 열교환사이클에서, 상기 콘덴서와 쌍을 이루는 열교환배관의 방출관은 부하의 액체유입관 및 방출펌프를 통해 부하에 연결된다. 부하의 복귀관은 상기 콘덴서와 쌍을 이루는 열교환배관의 액체유입관에 연결된다. 상기 증발기와 쌍을 이루는 열교환배관의 방출관은 우물의 상부상에서 복귀관에 연결되고, 상기 우물의 방출관은 우물의 하부 또는 조절판상에 위치한 흡입펌프를 통해 상기 증발기와 쌍을 이루는 열교환배관의 액체유입관에 연결된다.
본 발명의 우물물형 액체 냉각 및 가열자원시스템은, 상기 콘덴서와 쌍을 이루는 열교환배관의 방출관이 제1이위치네방향밸브의 제1접합부에 연결되고 열교환배관의 액체유입관이 제2이위치네방향밸브의 제1접합부에 연결된 두 개의 이위치네방향밸브들을 포함한다는 점에서 추가의 개량물을 제공한다. 부하의 액체유입관은 제1이위치네방향밸브의 제2접합부에 연결되고, 부하의 복귀관은 제2이위치네방향밸브의 제4접합부에 연결된다. 증발기와 쌍을 이루는 열교환배관의 방출관은 제1이위치네방향밸브의 제3접합부에 연결되고, 증발기와 쌍을 이루는 열교환배관의 액체유입관은 제2이위치네방향밸브의 제3접합부에 연결된다. 상기 우물의 복귀관은 제1이위치네방향밸브의 제4접합부에 연결되고, 우물의 방출관은 제2이위치네방향밸브의 제2접합부에 연결된다.
본 발명의 우물물형 액체 냉각 및 가열자원시스템은 작동매체(R22)가 상기 가열사이클에 충전된다는 점에서 다른 개량물을 제공한다.
또한, 본 발명의 우물물형 액체 냉각 및 가열자원시스템은 부동액이 상기 열교환사이클에 충전된다는 점에서 다른 개량물을 제공한다.
본 발명의 우물물형 액체 냉각 및 가열자원시스템에서, 열교환기는 우물과 에너지수송장치 사이에 마련된다.
본 발명의 우물물형 액체 냉각 및 가열자원시스템의 이점은, 에너지로서 지하수에 저장된 다량의 저수준 열자원들을 이용하여, 냉각이나 가열이 필요한 장소를 냉각하거나 가열함으로써, 예컨대, 이 시스템은 겨울에 가열하고 여름에 냉각하기 위해 사용될 수 있고, 작동중에 독성물질 및 유해물질이 발생하지 않아, 오염이 없게 된다. 게다가, 이 시스템으로 제공된 하나의 우물은 물을 공급하고 복귀시키는 것을 고려하여 두 개의 우물들에 의해 생성된 기능들을 대체하기 때문에, 우물에 대한 투자(비용)가 낮아진다. 더구나, 물의 복귀가 어려운 경우, 물공급은 우물내의 조절판상에 위치한 흡입펌프에 의해, 상부로부터 물을 빨아들여 우물의 하부로 복귀시킴으로써 행해지고, 따라서 압축에 의한 물의 복귀가 가능해진다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 우물물형 액체 냉각 및 가열자원시스템에 대해 상세하게 설명한다.
도 1에 보인 바와 같이, 본 발명의 우물물형 액체 냉각 및 가열자원시스템은 도관들에 의해 연결된 우물(20), 에너지수송장치(10), 방출펌프(50) 및 흡입펌프(60)를 포함한다. 우물(20)은 저수준의 냉각 및 열자원들을 통해 우물물의온도를 약 15℃로 일정하게 하고, 방출관(12a) 및 복귀관(12b)은 에너지수송장치의 액체유입관 및 복귀관에 각각 연결된다. 흡입펌프(60)는 우물(20)의 하부에 탑재된다. 에너지수송장치(10)의 방출관(102)은 공조기(미도시)에 연결된다. 방출펌프(50)는 방출관(102)에 설치되고, 공조기의 복귀관(103)은 에너지수송장치(10)의 콘덴서(2; 도 3)와 쌍을 이루는 열교환배관(30)의 액체유입관(2b; 도 3)에 연결된다.
도 2에 보인 바와 같이, 본 발명의 우물물형 액체 냉각 및 가열자원시스템은, 도 1에 보인 바와 같은 시스템에서의 우물과 에너지수송장치 사이에 열교환기(80)를 구비한다.
도 3은 시스템의 에너지수송장치(10)의 겨울가열용 처리의 작동원리를 보여주는 개략도이다. 에너지수송장치(10)는 가열사이클과 열교환사이클을 포함하며, 여기서 가열사이클은 도관들을 통해 순차적으로 연결된 압축기(1), 콘덴서(2), 액체저장소(3), 건조필터(4), 제한초크(5), 증발기(6) 및 가스-액체분리기(7)를 포함한다. 가열사이클은 종래의 공조기 또는 냉각기에서의 가열(냉각)사이클과 동일하다. 열순환용 작동매체(R22)가 가열사이클에 충전된다.
열교환사이클에서, 두 개의 이위치네방향밸브들이 제공되는데, 이는 제1이위치네방향밸브(8)와 제2이위치네방향밸브(9)로 이루어진다. 콘덴서(2)와 쌍을 이루는 열교환배관(30)의 방출관(2a)이 제1이위치네방향밸브(8)의 제1접합부(8a)에 연결되고, 열교환배관(30)의 액체유입관(2b)은 제2이위치네방향밸브의 제1접합부(9a)에 연결된다. 공조기의 액체유입관(102)은 제1이위치네방향밸브(8)의제2접합부(8b)에 연결되고, 공조기의 방출관(103)은 제2이위치네방향밸브(9)의 제4접합부(9d)에 연결된다. 증발기(6)와 쌍을 이루는 열교환배관(40)의 방출관(6a)은 제1이위치네방향밸브(8)의 제3접합부(8c)에 연결되고, 열교환배관(40)의 액체유입관(6b)은 제2이위치네방향밸브(9)의 제3접합부(9c)에 연결된다. 우물(20)의 복귀관(12b)은 제1이위치네방향밸브(8)의 제4접합부(8d)에 연결되고, 우물(20)의 방출관(12a)은 제2이위치네방향밸브(9)의 제2접합부(9b)에 연결된다. 물과 부동액과 같은 작동매체가 열교환사이클에 충전된다. 에너지원으로서 우물물을 사용하는 액체 냉각 및 가열자원시스템이 공조기를 위해 작동하는 경우에는, 부동액이 열교환사이클에 충전된다. 이 시스템이 온수를 공급하기 위해서만 사용된다면, 물이 열교환사이클에서의 작동매체로 사용된다.
이하, 상기 에너지수송장치(10)의 겨울가열용 작동처리를 설명한다. 열교환사이클의 배관들내의 액체작동매체는, 우물(20)내의 저수준의 열에너지를 흡수하여, 흡입펌프에 의해 제2이위치네방향밸브(9) 및 액체유입관(6b)을 지나, 증발기(6)와 쌍을 이루는 열교환배관(40)에 공급된다. 열교환은, 열을 증발기(6)에서 전달하기 위해 증발기(6)내에서 행해진다. 열교환 후, 액체는 방출관(6a), 제1이위치네방향밸브(8) 및 우물(20)의 복귀관(12b)을 통해 우물(20)로 복귀된다. 그동안, 증발기(6)내의 작동매체(R22)는 저온 및 저압의 가스로 변한 다음, 증발기(6)에 의해 가스-액체분리기(7)로 보내진다. 가스와 액체가 가스-액체분리기(7)에서 분리된 후, 가스는 압축기(1)로 보내진다. 저온 및 저압의 가스는 압축기(1)에 의해 고온 및 고압의 가스로 변한 후, 콘덴서(2)로 보내진다.콘덴서(2)에서, 압축기(1)로부터 방출된 고온 및 고압의 가스는 콘덴서(2)와 쌍을 이루는 열교환배관(30)내의 작동매체로 열을 교환시킨다. 열교환 후, 가열된 액체작동매체는 방출관(2a), 제1이위치네방향밸브(8), 방출펌프(50) 및 공조기의 액체유입관(103)을 통해, 공조기내로 흘러 실내의 공기온도를 올린다. 공조기가 열을 발산한 후, 액체작동매체는 공조기의 복귀관(103), 제2이위치네방향밸브(9) 및 액체유입관(2b)을 통해 콘덴서(2)와 쌍을 이루는 열교환사이클(30)로 복귀됨으로써, 작동사이클이 완료된다.
상술한 두 개의 이위치네방향밸브들을 제공하는 목적은 본 발명의 우물물형 액체 냉각 및 가열시스템이 겨울 및 여름용으로 적합하게 하기 위한 것이다. 이 시스템이 겨울가열용으로만 사용된다면, 이위치네방향밸브들이 요구되지 않는다.
도 4는 시스템의 에너지수송장치(10)의 여름냉각용 처리의 작동원리를 보여주는 개략도이다. 도면에서, 제1이위치네방향밸브(8) 및 제2이위치네방향밸브(9)의 방향들은 모두 바뀌었다. 여기서, 제1이위치네방향밸브(8)는 증발기(6)와 쌍을 이루는 열교환배관(40)의 방출관(6a) 및 공조기의 액체유입관(102)에 연결되고, 또한 콘덴서(2)와 쌍을 이루는 열교환배관(30)의 방출관(2a) 및 우물(20)의 복귀관(12b)에 연결된다. 동시에, 제2이위치네방향밸브(9)는 증발기(6)와 쌍을 이루는 열교환배관(40)의 액체유입관(6b) 및 공조기의 복귀관(103)에 연결되고, 또한 콘덴서(2)와 쌍을 이루는 열교환배관(30)의 액체유입관(2b) 및 우물(20)의 방출관(12a)에 연결되어, 증발기(6)와 쌍을 이루는 열교환배관(40)내의 저온작동매체를 공조기와 연결되게 한다. 이렇게 하여, 실내로 시원한 공기를 공급하는 과정이 완료된다.
분명하게, 본 발명의 우물물형 액체 냉각 및 가열시스템은 사용자에게 뜨거운 물을 풍부하게 공급하는데 직접 적용될 수 있다. 이 경우, 요구되는 것은 공조기의 액체유입관(102)에 밸브를 탑재하여 공조기의 복귀관(103)을 물이 흐르는 배관에 연결시키는 것이다.
도 1 및 2에 보인 바와 같이, 흡입펌프(60)는 보통 우물(20)의 하부에 위치한다. 어떤 경우에는 복귀수가 막힐 것이므로, 흡입펌프(60)는 조절판(70)상에 탑재될 것이고, 물은 우물의 상부로부터 흡입되어 하부로 복귀되고, 이 복귀수는 압력으로 복귀된다.
겨울가열을 위해, 에너지수송장치(10)로 유입하는 액체의 유입온도는 예컨대, 약 15℃이고, 에너지수송장치(10)로부터의 액체의 유출온도는 약 50℃까지 도달할 수 있다. 부하, 예컨대 공조기를 지난 후, 공조기의 복귀관(103)내의 액체온도는 약 45℃이고, 그리고 우물에서의 복귀관(12b)내의 액체온도는 약 10℃이다.
여름냉각을 위해, 예컨대 에너지수송장치(10)로 유입하는 액체의 유입온도는 약 15℃정도이고, 에너지수송장치(10)로부터의 액체의 유출온도는 약 7℃이다. 부하, 예컨대 공조기를 지난 후, 공조기의 복귀관(103)내의 액체온도는 약 12℃이고, 우물에서의 복귀관(12b)내의 액체온도는 약 20℃이다.
본 발명의 시스템은, 지하수에 저장된 다량의 저수준의 열자원들을 에너지로 사용함으로써, 예컨대 겨울가열 및 여름냉각용으로 사용될 수 있고, 작동중에 독성 물질 및 유해물질들이 생성되지 않아 오염이 없게 된다. 게다가, 이 시스템은, 물의 흡입 및 복귀를 고려하여, 두 개의 우물들의 기능을 대체하는 하나의 우물을 제공하고, 다량의 기존 구성들이 채용되었다. 그래서, 투자(비용)가 낮고 다양한 적용분야들에 쉽게 도입될 수 있다.

Claims (6)

  1. 우물(20), 흡입펌프(60), 에너지수송장치(10) 및 방출펌프(50)를 포함하고,
    상기 우물(20)은 하나이고 그 안에 조절판(70)이 배치되어, 우물(20)을 상부 및 하부로 분리하고, 상기 흡입펌프(60)는 상기 우물(20)의 상기 하부 또는 상기 조절판(70)상에 탑재되고, 상기 에너지수송장치(10)는, 도관들을 통해 순차적으로 연결된 압축기(1), 콘덴서(2), 액체저장소(3), 건조필터(4), 제한초크(5), 증발기(6) 및 가스-액체분리기(7)로 구성된 가열사이클 및 열교환사이클을 포함하고,
    상기 열교환사이클내의 상기 콘덴서(2)와 쌍을 이루는 열교환배관(30)의 방출관(2a)은 부하의 액체유입관(102) 및 상기 방출펌프(50)를 통해 상기 부하에 연결되고,
    상기 부하의 복귀관(103)은 상기 콘덴서(2)와 쌍을 이루는 상기 열교환배관(30)의 액체유입관(2b)에 연결되고,
    상기 증발기(6)와 쌍을 이루는 열교환배관(40)의 방출관(6a)은 상기 우물(20)의 상기 상부상의 복귀관(12b)에 연결되고,
    상기 우물(20)의 방출관(12a)은, 상기 우물(20)의 상기 하부 또는 상기 조절판(70)을 통해, 상기 증발기(6)와 쌍을 이루는 상기 열교환배관(40)의 액체유입관(6b)에 연결되는 우물물형 액체 냉각 및 가열자원시스템.
  2. 제1항에 있어서, 두 개의 이위치네방향밸브들을 더 포함하고,
    상기 콘덴서(2)와 쌍을 이루는 상기 열교환배관(30)의 상기 방출관(2a)은 제1이위치네방향밸브의 제1접합부(8a)에 연결되고, 상기 열교환배관(30)의 상기 액체유입관(2b)은 제2이위치네방향밸브의 제1접합부(9a)에 연결되고,
    상기 부하의 상기 액체유입관(102)은 제1이위치네방향밸브(8)의 제2접합부(8b)에 연결되고, 상기 부하의 상기 복귀관(103)은 상기 제2이위치네방향밸브(9)의 제4접합부(9d)에 연결되고,
    상기 증발기(6)와 쌍을 이루는 열교환배관(40)의 방출관(6a)은 상기 제1이위치네방향밸브(8)의 제3접합부(8c)에 연결되고, 상기 열교환배관(40)의 액체유입관(6b)은 상기 제2이위치네방향밸브(9)의 제3접합부(9c)에 연결되고,
    상기 우물(20)의 상기 상부상의 복귀관(12b)은 상기 제1이위치네방향밸브(8)의 제4접합부(8d)에 연결되고, 상기 우물(20)의 상기 상부상의 방출관(12a)은 상기 제2이위치네방향밸브(9)의 제2접합부(9b)에 연결되는 우물물형 액체 냉각 및 가열자원시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가열사이클은 작동매체(R22)로 충전되는 우물물형 액체 냉각 및 가열자원시스템.
  4. 제3항에 있어서, 부동액은 상기 열교환사이클에 충전되는 우물물형 액체 냉각 및 가열자원시스템.
  5. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 열교환기(80)는 상기 우물(20) 및 상기 에너지수송장치(10) 사이에 마련되는 우물물형 액체 냉각 및 가열자원시스템.
  6. 제3항에 있어서, 열교환기(80)는 상기 우물(20) 및 상기 에너지수송장치(10) 사이에 마련되는 우물물형 액체 냉각 및 가열자원시스템.
KR10-2003-7001368A 2000-08-18 2001-01-18 우물물형 액체 냉각 및 가열자원시스템 KR100525152B1 (ko)

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