KR20060094591A - An air-conditioning system using geothermal and chill in ice storage - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단일유닛 히트펌프수단을 사용하여 응축기 및 증발기에서 이송파이프수단으로 열전달하여 냉난방을 동시 운전하는 것과 냉방운전시 얼음을 제빙할 수 있는 빙축열조 탱크를 사용하여 응고열을 저장하였다가 사용하도록 한 지열 및 빙축열조를 혼합 이용한 냉난방 동시 시스템에 관한 것인 바, 본 발명은 여름에는 냉각탑의 역할을 수행하고 겨울에는 열회수기의 역할을 수행하는 통상의 냉난방시스템에 있어서, 증발기, 압축기, 응축기 및 팽창밸브들로 이루어져 그 순환매체가 액화와 기화를 반복되는 히트펌프수단과; 상기 히트펌프수단에 연결되며 냉기와 온기를 갖는 유체가 흐르는 복수의 이송관로를 형성하여 이송관로를 흐르는 유체의 온도를 대기중으로 방출하는 휀코일 유니트수단과; 상기 히트펌프수단의 응축기에서 발생되는 배열(排熱)을 지중으로 방출하거나 지중에서 전달된 열을 히트펌프수단의 증발기로 전달하는 지열루프수단과; 상기 히트펌프수단과 지열루프수단을 연결 구성하는 이송파이프수단과; 상기 이송파이프수단의 소정부에 설치되어 순환매체를 강제이송시키는 냉수순환펌프수단, 온수순환펌프수단 및 지열순환펌프수단을 포함하여 이루어져 증발기 및 응축기에서 방출되는 열에너지를 이송파이프수단으로 열전달하여 냉난을 개별 또는 동시 작동이 가능하도록 한 것에 특징이 있다. The present invention uses a single unit heat pump means to transfer heat from the condenser and the evaporator to the transfer pipe means to simultaneously operate the cooling and heating, and to use the ice storage tank tank that can ice the ice during cooling operation to store and use the solidification heat The present invention relates to a simultaneous cooling and heating system using a geothermal and ice heat storage tank. The present invention relates to an evaporator, a compressor, a condenser, and an expansion in a conventional cooling and heating system serving as a cooling tower in the summer and a heat recovery in the winter. Heat pump means composed of valves, the circulation medium of which repeats liquefaction and vaporization; A coil unit unit connected to the heat pump means and forming a plurality of transfer pipes through which fluid having cold and warm air flows to discharge the temperature of the fluid flowing through the transfer pipe into the atmosphere; Geothermal loop means for discharging the heat generated from the condenser of the heat pump means to the ground or transferring heat transferred from the ground to the evaporator of the heat pump means; Conveying pipe means for connecting the heat pump means and the geothermal loop means; It is installed in a predetermined portion of the conveying pipe means comprises a cold water circulation pump means for forcibly transferring the circulating medium, a hot water circulation pump means and a geothermal circulation pump means to heat transfer the heat energy emitted from the evaporator and condenser to the conveying pipe means for cold and cold It features a single or simultaneous operation.
Description
도 1은 종래 지열을 이용한 축열식 냉난방시스템의 계통도.1 is a system diagram of a heat storage air conditioning system using conventional geothermal heat.
도 2는 본 발명의 기술이 적용된 지중열을 이용하여 동시 작동이 가능한 냉난방시스템의 계통도.Figure 2 is a system diagram of a heating and cooling system capable of simultaneous operation using the ground heat applied the technology of the present invention.
도 3은 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 지중열을 이용하여 동시 작동이 가능한 냉난방시스템의 계통도.Figure 3 is a schematic diagram of a cooling and heating system capable of simultaneously operating using geothermal heat showing another embodiment of the present invention.
도 4a는 도 3도의 구조를 이용하여 야간에 제빙과 난방을 동시에 작동이 가능함을 보여주는 냉난방시스템의 제빙/난방운전 개념도.Figure 4a is a conceptual diagram of ice making / heating operation of the heating and cooling system showing that the simultaneous operation of the ice making and heating at night using the structure of Figure 3;
도 4b는 냉방운전시의 작동을 보여주는 냉방운전 개념도.Figure 4b is a cooling operation conceptual diagram showing the operation during the cooling operation.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예를 보여주는 지중열을 이용하여 동시 작동이 가능한 냉난방시스템의 계통도.5 to 7 is a schematic diagram of a cooling and heating system capable of simultaneously operating using geothermal heat showing another embodiment of the present invention.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※※ Explanation of code for main part of drawing ※
100 : 휀코일 유니트수단 200 : 냉수순환펌프100: heat coil unit means 200: cold water circulation pump
300 : 온수순환펌프 400 : 지열순환펌프300: hot water circulation pump 400: geothermal circulation pump
500 : 축열조 탱크 600 : 유체냉각기500: heat storage tank 600: fluid cooler
700 : 지열루프수단 800 : 히트펌프수단700: geothermal loop means 800: heat pump means
본 발명은 단일유닛 히트펌프수단을 사용하여 응축기 및 증발기에서 이송파이프수단으로 열전달하여 냉난방을 동시 운전하는 것과 냉방운전시 얼음을 제빙할 수 있는 빙축열조 탱크를 사용하여 응고열을 저장하였다가 사용하도록 한 지열 및 빙축열조를 혼합 이용한 냉난방 동시 시스템에 관한 것이다.The present invention uses a single unit heat pump means to transfer heat from the condenser and the evaporator to the transfer pipe means to simultaneously operate the cooling and heating, and to use the ice storage tank tank that can ice the ice during cooling operation to store and use the solidification heat The present invention relates to a simultaneous heating and cooling system using geothermal and ice heat storage tanks.
일반적으로 히트펌프는 증발기, 압축기, 응축기 및 팽창밸브들로 이루어져 그 순환매체가 액화와 기화를 반복하게 하여 이와 연결된 기타 주변기기들을 통해 냉난방을 수행하게 한다.In general, a heat pump is composed of an evaporator, a compressor, a condenser, and an expansion valve to allow the circulation medium to repeatedly liquefy and vaporize to perform heating and cooling through other peripherals connected thereto.
이러한 히트펌프는 생활배수의 폐열을 열원으로 사용한 폐열 이용 시스템 또는 지중에 매설된 다수개의 지열교환 파이프를 사용하여 냉난방을 수행하게 한 지열 이용 시스템의 주요 구성요소로 사용되고 있음이 주지된 사실이다.It is well known that such a heat pump is used as a main component of a waste heat utilization system using waste heat of domestic wastewater as a heat source or a geothermal utilization system that performs cooling and heating using a plurality of geothermal heat exchange pipes buried underground.
예컨대, 상기 폐열 이용 시스템은 이 히트펌프를 사용하여 폐열을 갖는 대중 목욕탕 등으로부터 배수되는 생활배수의 그 폐열을 그 히트펌프 증발기의 열원으로 사용하고 응축기를 통해 온열을 생산하게 하여 급탕 등을 공급하도록 되어 있다.For example, the waste heat utilization system uses the heat pump to use the waste heat of domestic wastewater drained from a public bath having waste heat as a heat source of the heat pump evaporator and to produce hot water through a condenser to supply hot water and the like. It is.
상기 지열 이용 시스템은 난방시 지열교환 파이프로부터의 지열을 이 히트펌프 증발기의 열원으로 사용하고 응축기를 통해 온열을 생산하게 하여 온수를 공급하게 하거나, 냉방시 이 히트펌프에서 발생되는 응축기의 배열(排熱)을 지열교환 파이프를 통해 배출하도록 되어 있다.The geothermal utilization system uses geothermal heat from the geothermal heat exchange pipe as a heat source for the heat pump evaporator and generates hot heat through the condenser to supply hot water, or an array of condensers generated by the heat pump during cooling. I) to be discharged through the geothermal heat exchange pipe.
그러나 상기 폐열 이용 시스템에서, 열원인 생활배수의 온도가 낮아 히트펌프로 급탕 등을 공급할 수 없는 경우에는 별도의 보조 보일러를 더 설치하여 급탕 등을 공급해야만 하므로 비용이 추가적으로 소요되는 문제점이 있었다.However, in the waste heat using system, when the temperature of the domestic wastewater, which is a heat source, cannot supply hot water, such as a heat pump, additional auxiliary boilers must be installed to supply hot water, and thus additional cost is required.
또한, 상기 지열 이용 시스템에서, 냉방시 히트펌프에서 발생되는 응축기 배열의 과다로 지중에 매설된 지열교환 파이프들이 이를 수용할 수 없는 경우에는 이 지열교환 파이프들의 수를 늘려 이를 수용하게 하거나, 냉각탑을 더 설치해야만 했던 비경제적인 문제점이 있었다.Also, in the geothermal utilization system, if the geothermal heat exchange pipes buried in the ground due to the excessive condenser arrangement generated in the heat pump during cooling cannot accommodate this, the geothermal heat exchange pipes may be increased or accommodated, or the cooling tower may be accommodated. There was an uneconomical problem that had to be installed further.
이러한 문제점을 해소하기 위하여 대한민국 실용신안등록 제339349호가 선등록 된 바 있으며, 상기 실용신안등록 제339349호의 지중열을 이용한 축열식 히트펌프 냉난방시스템은 첨부도면 도 1에 도시된 바와 같이 지열을 열원으로 냉난방을 수행하게 하는 열교환 회로부(10)는 지중에 매설된 다수의 지열교환 파이프(11)들을 통해 냉난방을 수행하도록 되어 있고, 이러한 냉난방은 이 지열교환 파이프(11)들과 순환 사이클을 형성하며 연결된 증발기와 응축기 등을 구비하여 냉난방용 히트펌프(12)로부터 냉온열을 얻은 냉온수는 이 냉난방용 히트펌프(12)와 순환 사이클을 형성하며 연결된 열교환기(미도시)가 설치된 냉난방 장소(13)로 이동되어 외기와의 열교환으로 냉난방을 수행하게 하거나 급탕 등을 공급하게 한다.In order to solve this problem, Korea Utility Model Registration No. 339349 has been pre-registered, and the heat storage type heat pump air-conditioning system using geothermal heat of Utility Model Registration No. 339349 is air-heated as a heat source as shown in FIG. The heat exchange circuit unit 10 is configured to perform cooling and heating through a plurality of geothermal heat exchange pipes 11 embedded in the ground, and the cooling and heating system forms a circulation cycle with the geothermal heat exchange pipes 11 and is connected to an evaporator. And hot and cold water obtained by cooling and heating the heat and heat from the heat and cooling
참조부호(M1,M2)는 순환모터를 나타낸 것이고, 참조부호(V)는 필요에 따라 상기 냉난방용 히트펌프(12)와 냉난방장소(13)를 순환하는 냉온수의 순환 경로를 변경하기 위한 3방향밸브를 나타낸 것이다.Reference numerals M1 and M2 denote circulation motors, and reference numeral V denotes three directions for changing the circulation path of the cold and hot water circulating through the heating /
따라서, 이 구조의 열교환 회로부(10)가 겨울철 등의 시기에 난방시, 순환모 터(M1)의 구동으로 차가운 순환매체 즉, 브라인이 상기 지열교환 파이프(11)들을 통과하게 되면, 그 통과하는 동안에 지중 지열과의 열교환으로 순환매체가 지열을 얻게 된다.Therefore, when the heat exchange circuit unit 10 of this structure is heated during the winter season or the like, when the cool circulation medium, that is, brine passes through the geothermal heat exchange pipes 11 by driving the circulation motor M1, During the heat exchange with the geothermal heat, the circulation medium gets geothermal heat.
이와 같이 지열을 얻은 순환매체는 상기 냉난방용 히트펌프(12)의 증발기를 통과하면서 얻은 지열을 빼앗기게 되고, 이와 같이 빼앗긴 지열은 상기 냉난방용 히트펌프(12)의 응축기로 다시 방출되어 순환모터(M2)의 구동으로 이 응축기를 통과하며 순환하는 순환매체 즉, 물을 고온으로 데우게 된다.The circulating medium thus obtained geothermal heat is deprived of the geothermal heat obtained while passing through the evaporator of the heating and
이러한 과정으로 고온으로 데워진 순환매체는 냉난방 장소(13)로 이동되어 그 냉난방 장소(13)를 난방하거나 급탕 등으로 공급되며, 이러한 과정의 반복으로 상기 열교환 회로부(10)는 지중으로부터 회수한 지열을 난방 등으로 사용하게 한다.The circulating medium warmed to a high temperature by this process is moved to the heating /
또한 여름철 등의 시기에 냉방시, 상기 냉난방용 히트펌프(12)가 압축, 응축, 팽창, 기화로 이어지는 냉방 사이클을 수행함에 따라, 이 냉난방용 히트펌프 (12)를 순환하는 순환매체 즉, 물이 저온으로 차가워진다. 이와 같이 차가워진 순환매체는 상기 냉난방 장소(13)를 통과하면서 외기와의 열교환으로 냉방을 수행한다.In addition, when cooling at a time such as summer, as the cooling and
이때, 상기 냉난방용 히트펌프(12)의 응축기에서 발생되는 고온의 배열(排熱)은 상기 지열교환 파이프(11)들을 순환하는 상기 순환매체 즉, 브라인으로 전열 (傳熱)되어 그 지열교환 파이프(11)들을 통해 지중으로 방출되기 때문에, 기존의 실외기의 사용은 배제된다.At this time, the high temperature heat generated from the condenser of the heat and
한편, 상기 실용신안등록 제339349호는 냉온수 축열조(20)를 구비하고 있으며 이 냉온수 축열조(20)는 상기 열교환 회로부(10)에서 냉난방용 히트펌프(12)와 냉난방 장소(13)와의 사이에 설치되며, 이러한 냉온수 축열조(20)는 상기 냉난방용 히트펌프(12)로부터의 냉온수를 저장한 후 상기 냉난방 장소(13)로 공급하는 매체의 역할을 한다.On the other hand, the Utility Model Registration No. 339349 is provided with a cold and hot
이와 같은 상기 냉온수 축열조(20)는 값싼 심야전력을 사용하여 소정의 냉온열로 상기 냉난방용 히트펌프(12)로부터 의 냉온수를 가온 또는 냉각하며 저장하도록 되어 있고, 이 가온 또는 냉각하는 냉온열의 온도는 상기 냉난방용 히트펌프(12)로부터의 냉온수의 온도를 유지할 수 있게 하는 정도이면 충분하다.The cold / hot water
그러나 상기한 실용신안등록 제339349호도 냉난방을 동시에 작동시킬 수 없는 단점이 있다. 예컨데 그러나 종래의 지열을 열원으로 사용하는 냉난방장치는 냉난방을 동시에 사용할 수가 없어 아이스링크와 같이 냉난방부하가 동시에 존재하는 용도에서는 냉난방 별도의 이중 장비 투자가 이루어질 수밖에 없다. 더구나 여름에는 냉각탑, 겨울에는 열회수기의 역할을 하는 지열교환 파이프의 길이로 인해 지열교환 파이프의 설치면적 및 장비용량, 공사비가 과다하여 비효율적인 문제점이 있었다However, Utility Model Registration No. 339349 has a disadvantage in that it is not possible to operate heating and cooling at the same time. For example, the conventional air-conditioning device using geothermal heat as a heat source can not be used at the same time heating and cooling can not be used in the dual heating equipment for cooling and heating in the case where the heating and cooling load at the same time, such as ice rink. In addition, due to the length of geothermal heat exchange pipe, which serves as a cooling tower in summer and a heat recovery machine in winter, the installation area, equipment capacity, and construction cost of geothermal heat exchange pipe were excessively inefficient.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 지중열을 이용하여 냉난방 운전비를 절감할 수 있도록 개별 또는 냉난방 동시 운전을 가능케 하는 냉난방시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems is an object of the present invention is to provide a heating and cooling system that enables the individual or air-conditioning simultaneous operation to reduce the heating and cooling operating costs using the ground heat.
본 발명의 또 다른 목적은 냉난방 운전시 얼음을 제빙할 수 있는 빙축열조 탱크를 사용하여 지열루프수단(지열교환 파이프)의 길이를 감소시키고, 빙축열조 탱크에 저장된 열량을 이용하여 냉방에 사용하는 것이다. 또한 지열루프수단(지열교환 파이프)의 길이를 최소화하기 위해 유체냉각기를 설치하면 냉난방효율을 극대화 시킬 수 있으며 지열루프수단의 길이를 획기적으로 줄임으로서 설치면적과 공사비를 경감시켜 효율적이고 경제적인 냉난방시스템을 제공하는데 목적이 있다.Another object of the present invention is to reduce the length of the geothermal loop means (geothermal heat exchange pipe) by using an ice storage tank tank capable of ice-making during cooling and heating operation, and to use it for cooling by using the heat stored in the ice storage tank tank. . In addition, by installing a fluid cooler to minimize the length of the geothermal loop means (geothermal heat exchange pipe), the cooling and cooling efficiency can be maximized. By reducing the length of the geothermal loop means significantly, the installation area and the construction cost are reduced, thus providing an efficient and economical heating and cooling system. The purpose is to provide.
상기한 본 발명의 목적은 여름에는 냉각탑의 역할을 수행하고 겨울에는 열회수기의 역할을 수행하는 지열루프수단과 순환매체의 액화와 기화를 반복시켜 주변기기를 통해 냉난방하는 히트펌프로 구성되는 통상의 냉난방시스템에 있어서, 증발기, 압축기, 응축기 및 팽창밸브들로 이루어져 그 순환매체가 액화와 기화를 반복되는 히트펌프수단과; 냉기와 온기를 방출하는 휀코일 유니트수단과; 히트펌프수단의 응축기에서 발생되는 배열(排熱)을 지중으로 방출하고 또는 지중에서 전달된 열을 히트펌프수단의 증발기로 전달하는 지열루프수단과; 상기 히트펌프수단과 지열루프수단을 연결 구성하는 이송파이프수단과; 상기 이송파이프수단의 소정부에 설치되어 순환매체를 강제 이송시키는 냉수순환펌프수단, 온수순환펌프수단 및 지열순환펌프수단을 포함하여 이루어져 증발기 및 응축기에서 방출되는 열에너지를 이송파이프수단으로 열전달하여 냉난을 개별 또는 동시 작동이 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 지열 및 빙축열조를 혼합 이용한 냉난방 동시 시스템에 의하여 달성된다.The purpose of the present invention described above is a conventional air-conditioning system consisting of a heat pump that performs a role of a cooling tower in the summer and a heat recovery device in the winter and repeats the liquefaction and vaporization of the circulating medium and heats and cools the air through peripheral devices. A system comprising: a heat pump means comprising an evaporator, a compressor, a condenser, and expansion valves, the circulation medium repeating liquefaction and vaporization; Shock coil unit means for discharging cold and warm air; Geothermal loop means for discharging the heat generated from the condenser of the heat pump means to the ground or transferring heat transferred from the ground to the evaporator of the heat pump means; Conveying pipe means for connecting the heat pump means and the geothermal loop means; It is installed in a predetermined portion of the conveying pipe means comprises a cold water circulation pump means for forcibly transferring the circulating medium, a hot water circulation pump means and a geothermal circulation pump means to transfer heat energy emitted from the evaporator and condenser to the conveying pipe means to heat and cool It is achieved by a simultaneous heating and cooling system using geothermal and ice heat storage tank, characterized in that the individual or simultaneous operation is possible.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부도면 도 2는 본 발명의 기술이 적용된 지열 및 빙축열조를 혼합 이용한 냉난방 동시 시스템의 계통도로써 이에 따르면 본 발명의 냉난방시스템의 구성은 증발기, 압축기, 응축기 및 팽창밸브들로 이루어져 그 순환매체가 액화와 기화를 반복하는 히트펌프수단(800)에는 냉기와 온기를 방출하는 휀코일 유니트수단(100)이 연결 설치되어 있다.2 is a schematic diagram of a simultaneous heating and cooling system using geothermal and ice storage tanks to which the present invention is applied. According to the present invention, a cooling and heating system according to the present invention comprises an evaporator, a compressor, a condenser, and an expansion valve. The heat pump means 800 that repeats the vaporization and the heat coil unit means 100 for discharging cold and warm air is connected.
이때 상기 히트펌프수단(800)의 설치 수는 용량에 비례하여 설치하여야 하며 휀코일 유니트수단(100)은 냉기와 온기를 갖는 유체가 흐르는 복수의 관로를 형성한 구조가 바람직하다.At this time, the number of installation of the heat pump means 800 should be installed in proportion to the capacity, the coil unit means 100 is preferably a structure in which a plurality of pipes through which the fluid having cold and warm air flows.
한편, 상기 히트펌프수단(800)의 응축기(800b)에서 발생되는 배열(排熱)을 지중으로 방출하고 또는 지중에서 전달된 열을 히트펌프수단(800)의 증발기(800a)로 전달하는 지열루프수단(700)이 히트펌프수단(800)에 연결 설치되며, 상기 히트펌프수단(800)과 지열루프수단(700) 및 휀코일 유니트수단(100)은 이송파이프수단(900a,900b)에 의해 연결 구성된다.On the other hand, the geothermal loop for discharging the heat generated from the condenser (800b) of the heat pump means 800 to the ground or the heat transferred from the ground to the evaporator (800a) of the heat pump means (800)
상기 이송파이프수단(900a,900b)의 소정부에는 순환매체를 강제 이송시키는 냉수순환펌프수단(200), 온수순환펌프수단(300) 및 지열순환펌프수단(400)을 포함하여 이루어져 상기 증발기 및 응축기에서 방출되는 열에너지를 이송파이프수단으로 열전달하여 냉난을 개별 또는 동시 작동이 가능하도록 한 구조이다.The evaporator and condenser includes a cold water circulation pump means 200, a hot water circulation pump means 300, and a geothermal circulation pump means 400 for forcibly transferring a circulating medium to a predetermined portion of the transfer pipe means 900a and 900b. The heat energy is discharged from the heat transfer pipe means to enable the cold and hot or cold operation individually or simultaneously.
한편 첨부도면 도 3에 도시된 바와 같이 상기 히트펌프수단(800)과 휀코일 유니트(100) 사이에 개별화된 간접제빙방식의 빙축열조 탱크(500)를 설치하여 사용할 수 있으며, 첨부도면 도 5에 도시된 바와 같이 상기 히트펌프수단(800)과 지열루프수단(700) 사이에 이송되는 순환매체의 온도를 떨어트리기 위해 유체냉각수단(600)을 더 설치하여 사용할 수도 있다. Meanwhile, as illustrated in FIG. 3, an indirect
첨부도면 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예로써 히트펌프수단에 복수의 증발기(800a)와 응축기(800b)를 설치하여 휀코일 유니트(100)로 이송된 순환매체와 지중의 열을 흡수 및 지중으로 열을 방출시키는 지열루프수단(700)으로 이송된 순환매체를 폐회로로 구성시켜 각각 조절할 수도 있으며, 도 7은 3방향밸브를 콘트롤하여 순환매체의 온도를 조절할 수도 있다.Figure 6 is a further embodiment of the present invention by installing a plurality of evaporator (800a) and a condenser (800b) in the heat pump means to absorb the heat of the circulation medium and underground transported to the
도면상 미 설명부호 500-1과 500-2는 방향절환밸브이다.In the drawings, reference numerals 500-1 and 500-2 denote directional valves.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 냉난방시스템의 작동 효과를 설명하면 먼저 본 발명은 냉방운전, 난방운전 및 이들의 동시 작동 순으로 나누어 설명하고자 한다.Referring to the operation effect of the cooling and heating system of the present invention having the structure as described above will be described first divided into the cooling operation, heating operation and simultaneous operation thereof.
난방운전시Heating operation
이송파이프수단(900a,900b) 내에는 순환매체가 충진되어 있으며 순환매체의 사용 냉매로는 HFC-404A를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 히트펌프수단(800)을 작동시키면 지중의 열이 지열루프수단(700)을 흐르는 순환매체에 전달되어 순환매체가 소정의 열교환이 이루어져 온도를 갖게 되면 상기 순환매체가 갖는 낮은 온도는 지열순환펌프(400)를 통해 히트펌프수단(800)으로 강제 이송되어 진다.A circulating medium is filled in the conveying pipe means 900a and 900b, and HFC-404A is preferably used as the refrigerant used in the circulating medium. When the heat pump means 800 is operated, the ground heat is transferred to the circulating medium flowing through the geothermal loop means 700. When the circulating medium has a predetermined heat exchange, the low temperature of the circulating medium is a geothermal circulation pump. It is forced to the heat pump means 800 through the 400.
상기 히트펌프수단(800)으로 강제 이송된 순환매체의 소정 온도는 히트펌프수단(800)의 응축기(800b)에 의해 고온화 되어 토출되는데, 이때 토출되는 고온의 순환매체는 온수순환펌프(300)에 의해 이송파이프수단(900b)으로 연결된 휀코일 유니트(100)로 이송되어진다.The predetermined temperature of the circulating medium forcedly transferred to the heat pump means 800 is discharged by being heated by the
상기 휀코일 유니트(100)로 이송된 고온의 순환매체는 대기중으로 고온을 방출하게 되며 본 발명의 휀코일 유니트(100)는 통상의 라디에이터 기능과 유사한 기능으로 설명하고 있지만 사용의 용도에 따라서 난방장소(주택, 경기장, 사무실, 기타)로 이용 될 수 있다. The high temperature circulating medium transferred to the
냉방운전시During cooling operation
상기 히트펌프수단(800)을 작동시키면 휀코일 유니트(100)에 의해 열원을 상실한 소정 온도의 순환매체는 이송파이프수단(900a)을 통해 히트펌프수단(800)으로 공급되어 진다. 상기 히트펌프수단(800)으로 공급되어진 순환매체는 증발기(800a)에서 저온이 되어 토출되는데, 이때 증발기(800a)를 통해 저온화된 순환매체는 냉수순환펌프(200)에 의해 휀코일 유니트(100)로 강제 이송되어 냉기를 방출하게 된다.When the heat pump means 800 is operated, the circulating medium having a predetermined temperature lost by the
냉방/난방 동시운전시Cooling / Heating Simultaneous Operation
상기 히트펌프수단(800)을 작동시키면 지중의 열이 지열루프수단(700)을 흐르는 순환매체에 전달되어 순환매체가 소정의 온도를 유지하게 되며 지열순환펌프(400)를 통해 히트펌프수단(800)으로 강제 이송된 순환매체는 히트펌프수단(800)의 응축기(800b)에 의해 고온이 되어 이송파이프수단(900b)으로 연결된 휀코일 유니트 (100)을 통해 고온을 방출하여 난방을 실행가게 되며, 상기 작동중인 히트펌프수단(800)의 증발기(800a)를 통해 저온화된 순환매체는 냉수순환펌프(200)에 의해 휀코일 유니트(100)로 강제 이송되어 냉방을 실행하게 되는 것이다.When the heat pump means 800 is operated, heat in the ground is transferred to the circulation medium flowing through the geothermal loop means 700 so that the circulation medium maintains a predetermined temperature, and the heat pump means 800 through the
상기에서와 같이 본 발명은 냉방운전과 난방운전을 동시에 구동시킬 수 있으며 때에 따라서는 선택적으로 개별적 운전상태로 작동시킬 수 있다.As described above, the present invention can drive the cooling operation and the heating operation at the same time, and sometimes can be selectively operated in a separate operation state.
한편, 첨부도면 도 2에 도시된 바와 같이 냉방과 난방의 사용이 유사할 때에는 히트펌프수단(800)을 다수개 설치하여 사용할 수 있지만 첨부도면 도 3과 같이 냉방의 사용 즉 냉방부하가 많을 때에는 상대적으로 히트펌프수단(800)의 용량을 초가하여 설치되는 설치용량 만큼의 난방효율은 불필요하게 됨으로 필요한 냉방효율을 얻기 위하여 얼음을 제빙할 수 있는 빙축열조 탱크(500)를 더 설치하여 필요한 냉방부하 만큼의 효율을 얻을 수 있다.On the other hand, as shown in Figure 2, when the use of cooling and heating is similar, a plurality of heat pump means 800 can be installed and used, but as shown in Figure 3, when the use of cooling, that is, the cooling load is relatively high As such, the heating efficiency of the installed capacity installed by exceeding the capacity of the heat pump means 800 becomes unnecessary, so that an ice
이를 좀더 구체적으로 설명하면 상기 히트펌프수단(800)과 휀코일 유니트(100) 사이의 이송파이프수단(900a) 소정부에는 빙축열조 탱크(500)가 설치되어 있으며 상기 빙축열조 탱크(500)의 구조는 개별화된 간접제빙방식의 구조로 이송파이프수단(900a)이 중공으로 형성된 중앙을 관통하도록 구성되며 빙축열조 탱크(500) 내부에는 통상의 물(이하 매체라고 함)이 충진되어 있다. In more detail, the ice
상기와 같이 빙축열조 탱크(500)를 더 설치하는 이유는 냉방시 걸리는 부하를 감소시키기 위함으로서 히트펌프수단(800)의 냉방작동에 관련하여 주간의 냉방작동과 야간의 제빙 및 난방작동으로 구별하여 설명하면 우선 야간의 제빙작동은 첨부도면 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 빙축열조 탱크(500)의 선단에 설치된 제 1방향절환밸브(500-1)는 모든 방향이 폐쇄되어 이송파이프수단(900a)의 관로를 폐쇄상태로 콘트롤하며 제2방향절환밸브(500-2)는 휀코일 유니트(100) 방향은 폐쇄시켜 순환매체의 이송방향을 빙축열조 탱크(500) 방향으로 절환시킬 수 있도록 밸브를 콘트롤한다.The reason for installing the ice
상기와 같이 제1방향절환밸브(500-1)와 제2방향절환밸브(500-2)를 콘트롤시킨 다음 히트펌프수단(800)을 작동시키면 증발기(900a)에 의해 열전달 되어 이송파이프수단(900a)의 저온화된 순환매체는 빙축열탱크(500)를 지니게 되며 이때 상기 빙축열탱크(500)의 매체는 연속하여 순환되기 때문에 저온화된 순환매체에 의해 빙축열탱크(500)의 매체가 제빙되는 것이다.As described above, when the first direction switching valve 500-1 and the second direction switching valve 500-2 are controlled, and the heat pump means 800 is operated, heat is transferred by the evaporator 900a to transfer the pipe means 900a. The low temperature circulating medium has an
상기와 같이 빙축열탱크(500)의 매체가 제빙된 상태에서 도 4a에 도시된 바와 같이 제빙작동을 하면서 난방작동을 동시에 할 때 첨부도면 도 3의 제빙 작동시와 동일하게 제1방향절환밸브(500-1)와 제2방향절환밸브(500-2)는 그 상태를 유지시키며 상기 난방운전은 지열순환펌프(400)의 작동을 폐쇄시켜 지열루프수단(700)과 히트펌프수단(800)의 연결 작동을 단절시킨다.As described above, when the medium of the
결국 지열루프수단(700)의 사용을 제한하는 것이며 따라서 히트펌프수단(800)의 응축기(900b)에 연결된 이송파이프수단(900b)에 열전달되어 순환매체가 고온이 되어 휀코일 유니트수단(100)으로 온수순환펌프(300)에 의해 강제 이송되어 고온의 열을 방출하도록 하여 난방의 효과를 제공하는 것이다.Eventually, the use of the geothermal loop means 700 is limited. Therefore, heat is transferred to the conveying pipe means 900b connected to the
상기에서와 같이 냉방작동을 하지 않은 야간에는 빙축열조 탱크(500)의 매체를 제빙된 상태로 만들며, 이때 통상적으로 온도가 떨어지는 야간에는 난방을 사용 하기 때문에 난방작동은 제빙작동과 동시에 난방작동 중이며 전자에서 설명한 난방작동시와 동일하게 작동되는 것이며 사용전력은 심야전력을 사용하는 것이 바람직하다.As described above, the medium of the
또한 도 4b와 같이 주간에 냉방작동을 하여 냉방을 하고자 할 때에는 상기 제2방향절환밸브(500-2)는 휀코일 유니트수단(100)에서 히트펌프수단(800)으로 이송이 가능하도록 개방된 상태를 유지하며 휀코일 유니트수단(100)에서 빙축열탱크(500) 방향쪽의 이송은 폐쇄시킨 상태로 콘트롤하며, 제1방향절환밸브(500-1)는 히트펌프수단(800)에서 휀코일 유니트수단(100)으로 바로 이송되는 것을 방지하고자 히트펌프수단(800)에서 휀코일 유니트수단(100) 쪽 방향의 관로를 폐쇄하고 빙축열탱크(500)에서 휀코일 유니트수단(100) 쪽 방향의 관로는 개방 상태로 콘트롤한다. In addition, when the cooling is to be performed by the cooling operation during the day as shown in Figure 4b the second direction switching valve (500-2) is open to allow the transfer from the coil unit means 100 to the heat pump means (800) While maintaining the transfer in the direction of the ice
상기와 같이 각 방향절환밸브가 콘트롤되면 히트펌프수단(800)을 작동시키면 순환매체는 휀코일 유니트(100) → 히트펌프수단(800) → 빙축열조탱크(500) 순으로 이송되면서 야간에 제빙된 저온의 응고열을 이용하여 순환매체에 저온의 열을 공급하게 되는 것이며, 이때 히트펌프수단(800)은 작동되지 않음으로 바이패스 되고 상기 순환을 반복하게 되면 소정시간 경과후 빙축열조 탱크(500)의 매체가 해빙되어 저온의 열원을 공급하지 못하게 될 때에는 히트펌프수단(800)을 작동시킨다.As described above, when each of the directional control valves is controlled, when the heat pump means 800 is operated, the circulating medium is transferred from the
한편, 첨부도면 도 5에 도시된 바와 같이 상기 히트펌프수단(800)과 지열루프수단(700) 사이에 유체냉각수단(600)을 더 설치하여 사용할 수도 있으며, 상기 유체냉각수단(600)을 더 설치하는 주된 이유는 이송되는 순환매체의 온도를 떨어트 리기 위해서이며 온도를 떨어뜨리면 지중의 열을 보다 많이 이용할 수 있기 때문이다.Meanwhile, as shown in FIG. 5, a fluid cooling means 600 may be further installed between the heat pump means 800 and the geothermal loop means 700, and the fluid cooling means 600 may be further used. The main reason for the installation is to lower the temperature of the circulating medium to be transported, and to lower the temperature so that more ground heat can be used.
첨부도면 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예로써 히트펌프수단에 복수의 증발기(800a)와 응축기(800b)를 설치하여 휀코일 유니트(100)로 이송된 순환매체와 지중의 열을 흡수 및 지중으로 열을 방출시키는 지열루프수단(700)으로 이송된 순환매체를 폐회로로 구성시켜 각각 조절할 수도 있는 것으로 냉난방동시 운전시 지열루프수단(700)과 연결 구성된 증발기(800a)와 응축기(800b)를 단속하여 순환매체가 나머지 단속되지 아니한 증발기(800a)와 응축기(800b)를 이용하여 응축기→ 휀 코일 유니트(100)→증발기→응축기 순으로 순환하거나 또는 증발기→ 휀코일 유니트(100)→응축기→증발기 순으로 순환하여 작동되며(증발기(800a)와 응축기(800b)는 순환매체가 싸이클 작동에 의해 액화와 기화를 반복하게 하여 이와 연결된 기타 주변기기들을 통해 냉난방을 수행하는 히트펌프수단이다) 지열루프수단(700)에 연결 구성된 증발기(800a)와 응축기(800b)를 단속함으로 열이 지중으로 방출 되는 것을 방지한다. Figure 6 is a further embodiment of the present invention by installing a plurality of evaporator (800a) and a condenser (800b) in the heat pump means to absorb the heat of the circulation medium and underground transported to the
한편, 도 7은 3way밸브를 콘트롤하여 순환매체의 온도를 조절하는 구조로 이의 작동을 살펴보면, 냉난방 동시 운전시에는 제1밸브와 제2밸브를 단속하여 지열루프수단(700)으로 순환매체가 이송되지 않도록 하여 히트펌프수단(800)을 이용한 열원의 손실을 방지하도록 하는 것이다.On the other hand, Figure 7 is a structure that controls the temperature of the circulating medium by controlling the three-way valve to look at its operation, the circulation medium is transferred to the geothermal loop means 700 by intermittent the first valve and the second valve during the simultaneous heating and cooling operation To prevent the loss of the heat source using the heat pump means (800).
예컨대 증발기(800a)에서 방출되는 저온의 열온을 이송파이프에서 열전달을 받아 순환매체가 저온화되어 냉방의 효과를 제공하는 것이며 반대로 응축기(800b) 에서는 고온화된 열원을 이송파이프에서 열전달을 받아 순환매체가 고온화되어 난방의 효과를 제공하는 것으로 한 싸이클에서 발생되는 열원을 이송파이프를 통해 열전달 받아 상기 버려지는 열원을 제 이용하는 것이다.For example, the low temperature heat discharged from the
냉방운전시의 작동상태는 히트펌프수단(800)의 증발기(800a)를 통해 방출되는 저온의 열원이 이송파이프(900a)에 열을 전달되어 순환매체가 저온이 되면 상기 저온이된 순화매체는 제4밸브를 경유 휀코일 유니트(100)에서 저온의 냉기를 방출하여 냉방의 효과를 제공하며 소정의 온도를 잃어버린 순환매체는 다시 순환하여 제1펌프를 지나 히트펌프수단(800)으로 이송하게 된다. 이때 상기 응축기(800b)와 연결 구성된 제2밸브와 제3밸브는 단속되어 난방라인의 이송파이프(900b)는 이용(작동)이 폐쇄되며 또한 제3 및 제4밸브를 연결하는 라인이 폐쇄되어 있는 상태이며 상기 라인은 히트펌프수단(800)이 작동되지 않을 때 연결되어 바이패스통로 역활을 한다.In the cooling operation, the low temperature heat source, which is discharged through the evaporator 800a of the heat pump means 800, transfers heat to the
한편 반대로 난방운전시의 작동상태는 히트펌프수단(800)의 응축기(800b)를 통해 방출되는 고온의 열원이 이송파이프(900b)에 열을 전달하여 순환매체가 고온이 되면 상기 고온이된 순화매체는 제3밸브를 경유 휀코일 유니트(100)에서 고온의 열기를 방출하여 난방의 효과를 제공하며 소정의 온도를 잃어버린 순환매체는 다시 순환하여 제2펌프를 지나 히트펌프수단(800)으로 이송하게 된다. 이때 상기 증발기(800a)와 연결 구성된 제1밸브와 제4밸브는 단속되어 난방라인의 이송파이프(900a)는 이용(작동)이 폐쇄되게 된다.On the other hand, in the operating state during the heating operation, a high temperature heat source discharged through the
이상에서 설명한 바와 같이 본 고안은 부족한 공기열원에 반하여 년중 균일하고 안정적인 지중온도를 이용할 수 있도록 지열루프수단을 지중에 매설하여 냉난방 운전을 함으로써 고효율의 냉난방을 제공하고 이에 따른 에너지 절감 및 운전 비용 절감 효과를 얻을 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention provides a high-efficiency air-conditioning by installing a geothermal loop means in the ground to use a uniform and stable underground temperature throughout the year against the insufficient air heat source, thereby providing high-efficiency air-conditioning and energy saving and operation cost reduction effect. There is an effect that can be obtained.
또한 상기 히트펌프는 아이스링크와 같은 냉난방 동시부하가 존재하는 용도에서도 단일유닛으로 냉난방 동시운전이 가능하며, 더구나 냉방부하가 난방부하보다 클 때는 간접제빙방식의 빙축열조 탱크를 설치하여 지열루프수단을 줄일 수가 있고 심야전력을 사용하여 운전비용을 효과적으로 절감시킬 수가 있다.In addition, the heat pump is capable of simultaneous heating and cooling as a single unit even in applications where simultaneous heating and cooling loads such as an ice rink are present. It is possible to reduce the operation cost by using the midnight power.
덧붙여 히트펌프와 지열루프수단의 사이에 설치하며, 지열루프수단으로 들어가는 순환매체의 온도를 관리하는 유체 냉각기를 설치하므로서 지열루프수단의 길이 및 설치 양을 감소시킬 수 있으며, 이러한 구성에 의한 냉난방시스템은 종래의 기술보다 높은 에너지 효율로 설치면적 및 장비용량, 공사비등을 줄일 수 있어 탁월한 경제적 효과를 볼 수 있다.In addition, it is installed between the heat pump and the geothermal loop means, and by installing a fluid cooler that manages the temperature of the circulating medium entering the geothermal loop means, the length and installation amount of the geothermal loop means can be reduced. Since the installation area, equipment capacity, and construction cost can be reduced with higher energy efficiency than the prior art, it is possible to see an excellent economic effect.
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