KR20110079003A - 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치 및 이에 따른 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치 및 이에 따른 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양열 집진장치와 지열 히트펌프장치를 조합한 구성으로 난방 및 급탕에너지를 태양열로 공급하고, 부족한 경우 지열 히트펌프장치에 의해 공급함으로써, 태양열 이용율을 극대화하고, 상기 지열 히트펌프장치의 작동빈도 및 부분부하 작동을 최대한 적게 하여 지열 히트펌프장치의 운전특성을 좋게 하며, 그로 인해 지열 히트펌프장치의 효율이 증가하고, 축열장치는 내부에 급탕예열조가 설치된 태양열 축열조와, 상기 태양열 축열조의 상단부에 형성되어 내부에 급탕축열조가 설치된 저탕조로 구성됨으로써, 난방수()와 냉방수가 급탕수와 혼합되지 않아 냉방수, 난방수 및 온수급탕의 축열용량을 극대화할 수 있으며, 별도의 보일러나 에어콘 없이 주택 등의 건물에 필요한 냉,난방 및 급탕을 완벽하게 공급할 수 있고, 그로 인해 제로에너지 주택을 위해서 여기에 소비되는 전기는 태양광 발전으로부터 생산되는 것을 대처할 수 있는 특징이 있다.

냉방, 난방, 급탕, 온수, 태양열, 지열히트펌프, 하이브리드, 축열조

Description

냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치 및 이에 따른 제어방법{New Renewable Hybrid Heat supply and Control a method for The Same}

본 발명은 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치 및 이에 따른 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양열 집진장치와 지열 히트펌프장치를 조합한 구성으로 난방 및 급탕에너지를 태양열로 공급하고, 부족한 경우 지열 히트펌프장치에 의해 공급함으로써, 태양열 이용율을 극대화하고, 상기 지열 히트펌프장치의 작동빈도 및 부분부하 작동을 최대한 적게 하여 지열 히트펌프장치의 운전특성을 좋게 하며, 그로 인해 지열 히트펌프장치의 효율이 증가하고, 축열장치는 내부에 급탕예열조가 설치된 태양열 축열조와, 상기 태양열 축열조의 상단부에 형성되어 내부에 급탕축열조가 설치된 저탕조로 구성됨으로써, 난방수와 냉방수가 급탕수와 혼합되지 않아 냉방수, 난방수 및 온수급탕의 축열용량을 극대화할 수 있으며, 별도의 보일러나 에어콘 없이 주택 등의 건물에 필요한 냉,난방 및 급탕을 완벽하게 공급할 수 있고, 그로 인해 제로에너지 주택을 위해서 여기에 소비되는 전기는 태양광 발전으로부터 생산되는 것을 대처할 수 있는 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치 및 이 에 따른 제어방법에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 태양광은 석탄, 석유, 천연가스, 원자력 등의 에너지에 비하여 설비만 갖춰지면 추가적인 비용 없이도 반영구적으로 자급자족이 가능하고, 특히 환경친화적인 장점이 있다.

그래서 태양열 또는 태양광을 이용한 친환경적인 주택에 대한 관심이 높아지고 있다.

또한, 지열이나 대기열을 이용하여 냉난방을 하기 위하여 개발된 지열히트펌프, 대기열히트펌프가 건물의 냉난방에 활용되고 있다.

상기에 사용되는 지열 또는 대기열히트펌프에 대하여 간략하게 살펴보면, 낮은 온도에서 높은 온도로 열을 끌어올리도록 구성되어 있어 일반적으로 열은 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 성질과는 반대이다.

이러한 지열 또는 대기열히트펌프는 최초에 냉장고, 냉동고, 에어컨과 같이 압축된 냉매를 증발시켜 주위의 열을 빼앗는 용도로 개발되었다.

그러나 지금은 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원(熱源)을 고온으로 전달하는 냉방장치, 고온의 열을 저온으로 전달하는 난방장치, 냉난방 겸용장치를 포괄하는 의미로 쓰인다.

종래에는 실내의 냉난방을 위한 수단으로서 전기식 히트펌프유닛(EHP)이 주로 사용되었다. 그러나, 상기 전기식 히트펌프유닛은, 단독으로 냉난방을 수행하는 경우에 온도부하에 따라 부분부하운전을 수행하기 위한 인버터(Inverter)와, 동절기 낮은 외기온도로 인하여 열교환수 순환관의 외측에 결빙현상이 심하게 나타나 난방능력을 저하시키는 문제점을 해결하기 위한 성에제거용 보조열원으로서의 전기히터가 반드시 설치되어야 하므로, 장치 자체가 복잡하고 대형화될 뿐만 아니라 상기 인버터 및 전기히터의 사용으로 인하여 유지비용이 과다하게 소요되는 단점이 있었다.

상술한 전기식 히트펌프유닛(EHP)의 단점을 해결하기 위한 새로운 대체 수단으로 최근에는 가정 또는 사무실 등 소규모 주거공간에서 냉난방 겸용의 축열식 히트펌프유닛이 사용되고 있다. 축열식 히트펌프유닛은 심야의 값싼 잉여전력을 사용하여 여름철에는 냉수 또는 얼음(빙축열)을, 겨울철에는 고온수를 축열조에 저장하여 주간의 냉ㆍ난방에 이용하는 공조시스템으로서, 심야의 싼 전력을 이용하므로 주간에 집중되는 소비성향으로 인한 전력수급에 대한 불균형을 분산 또는 해소하고, 에너지를 효율적으로 이용할 수 있는 이점을 갖는다.

그러나, 종래의 축열식 히트펌프유닛은, 축열조의 성능이 불량하여 작은 온도차에 의한 성층도로 운전됨으로써 그 효율성이 저조하게 나타나는 문제점이 있었다. 또한, 냉난방을 병행하는 종래의 축열식 히트펌프유닛은, 냉방 또는 난방모드로 전환되는 경우에 있어서, 냉방시에는 부하측에서 회수되는 물이 축열조의 상부로 유입되고 난방시에는 부하측에서 회수되는 물이 축열조의 하부로 유입되는 유체의 교체흐름을 유지하여야 하므로 배관설계상의 많은 어려움이 있었다.

또한, 상기와 같은 태양광이나 지열 또는 대기열을 이용하여 구축되는 주택 의 냉난방 시스템에서의 단점을 살펴보면, 지열히트펌프 또는 대기열히트펌프를 가동시키기 위한 전기를 전적으로 한전에서 공급받고 있기 때문에 전기요금이 누진요금을 벗어날 수가 없는 단점이 있어 경제성이 떨어지는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,

태양열 집진장치와 지열 히트펌프장치를 조합한 구성으로 난방 및 급탕에너지를 태양열로 공급하고, 부족한 경우 지열 히트펌프장치에 의해 공급함으로써, 태양열 이용율을 극대화하고, 상기 지열 히트펌프장치의 작동빈도 및 부분부하 작동을 최대한 적게 하여 지열 히트펌프장치의 운전특성을 좋게 하며, 그로 인해 지열 히트펌프장치의 효율이 증가하는 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치 및 이에 따른 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명의 축열장치는 내부에 급탕예열조가 설치된 태양열 축열조와, 상기 태양열 축열조의 상단부에 형성되어 내부에 급탕축열조가 설치된 저탕조로 구성됨으로써, 난방수와 냉방수가 급탕수와 혼합되지 않으면서 냉방수, 난방수 및 온수급탕의 축열용량을 극대화할 수 있는 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치 및 이에 따른 제어방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

그리고, 본 발명은 별도의 보일러나 에어콘 없이 주택 등의 건물에 필요한 냉,난방 및 급탕을 완벽하게 공급할 수 있고, 그로 인해 제로에너지 주택을 위해서 여기에 소비되는 전기는 태양광 발전으로부터 생산되는 것을 대처할 수 있는 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치 및 이에 따른 제어방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 신재생 하이브리드 열 공급장치에 있어서,

태양열에 의해 온열 에너지를 공급하는 태양열 집진장치와;

지열의 열원(heat source) 또는 열싱크(heat sink)를 이용하여 온열 또는 냉열 에너지를 공급하는 지열 히트펌프장치와;

상기 태양열 집진장치와 지열 히트펌프장치가 각각 연결되어 열에너지를 공급받아 필요한 곳에 공급하는 축열장치;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치의 제어방법에 있어서,

난방시에는,

태양열 집진장치에서 공급된 열이 태양열 축열조 내의 난방수와 열교환되는 단계(S100);

지열히트펌프장치에서 지열을 열원 또는 열싱크로 해서 생산된 고온의 열(난방수) 또는 냉열이 저탕조 내에 유입되는 단계(S110);

상기 태양열 축열조 내에서 열교환된 난방수가 난방 및 급탕장치에 공급되는 단계(S120);

상기 태양열 축열조의 난방수가 냉,난방 장치에 공급되는 단계(S120)에서 난방에너지가 부족시, 상기 저탕조 내의 난방수가 난방 및 급탕장치에 공급되는 단계(S130);를 포함하여 이루어지고,

냉방시에는,

지열히트펌프장치에서 지열을 열싱크로 하여 생산한 한 냉방수가 저탕조 내의 유입되는 단계(S200);

상기 저탕조 내의 냉방수가 냉방 장치에 공급되는 단계(S210);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치의 제어방법에 관한 것이다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치 및 이에 따른 제어방법은 태양열 집진장치와 지열 히트펌프장치를 조합한 구성으로 난방 및 급탕에너지를 태양열로 공급하고, 부족한 경우 지열 히트펌프장치에 의해 공급함으로써, 태양열 이용율을 극대화하고, 상기 지열 히트펌프장치의 작동빈도 및 부분부하 작동을 최대한 적게 하여 지열 히트펌프장치의 운전특성을 좋게 하며, 그로 인해 지열 히트펌프장치의 효율이 증가하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 축열장치는 내부에 급탕예열조가 설치된 태양열 축열조와, 상기 태양열 축열조의 상단부에 형성되어 내부에 급탕축열조가 설치된 저탕조로 구 성됨으로써, 난방수와 냉방수가 급탕수와 혼합되지 않으면서 냉방수, 난방수 및 온수급탕의 축열용량을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명은 별도의 보일러나 에어콘 없이 주택 등의 건물에 필요한 냉,난방 및 급탕을 완벽하게 공급할 수 있고, 그로 인해 제로에너지 주택을 위해서 여기에 소비되는 전기는 태양광 발전으로부터 생산되는 것을 대처할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.

본 발명은 신재생 하이브리드 열 공급장치에 있어서,

태양열에 의해 온열 에너지를 공급하는 태양열 집진장치와;

지열의 열원(heat source) 또는 열싱크(heat sink)를 이용하여 온열 또는 냉열 에너지를 공급하는 지열 히트펌프장치와;

상기 태양열 집진장치와 지열 히트펌프장치가 각각 연결되어 열에너지를 공급받아 필요한 곳에 공급하는 축열장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치의 제어방법에 있어서,

난방시에는,

태양열 집진장치에서 공급된 열이 태양열 축열조 내의 난방수와 열교환되는 단계(S100);

지열히트펌프장치에서 지열을 열원 또는 열싱크로 해서 생산된 고온의 열(난방수) 또는 냉열이 저탕조 내에 유입되는 단계(S110);

상기 태양열 축열조 내에서 열교환된 난방수가 난방 및 급탕장치에 공급되는 단계(S120);

상기 태양열 축열조의 난방수가 냉,난방 장치에 공급되는 단계(S120)에서 난방에너지가 부족시, 상기 저탕조 내의 난방수가 난방 및 급탕장치에 공급되는 단계(S130);를 포함하여 이루어지고,

냉방시에는,

지열히트펌프장치에서 지열을 열싱크로 하여 생산한 한 냉방수가 저탕조 내의 유입되는 단계(S200);

상기 저탕조 내의 냉방수가 냉방 장치에 공급되는 단계(S210);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치를 나타낸 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치를 나타낸 상세도이다.

도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치는 태양열에 의해 열원 에너지를 공급하는 태양열 집진장치(10)와, 지열을 이용하여 열원 에너지를 공급하는 지열 히트펌프장치(20)와, 상기 태양열 집진장치(10)와 지열 히트펌프장치(20)가 각각 연결되어 열원 에너지를 공급받아 필요한 곳에 공급하는 축열장치(30)로 구성된다.

상기 태양열 집진장치(10)는 도 1과 도 2를 참고하여, 태양열과 직접적으로 접촉되어 내부에 흐르는 열매체유에 열을 전달하는 태양열 집열기(11)가 형성되고, 상기 태양열 집열기(11)의 열매체유(열원)이 관을 통해 축열장치(30)의 태양열 축열조(31)로 이송되도록 펌프가 형성되며, 상기 태양열 축열조(31)에서 열교환된 열을 팽창시키는 팽창조(12)가 더 형성된다.

여기서, 상기 열이 이송되는 관은 일측이 태양열 축열조(31)의 내부로 삽입되어 태양열 축열조(31)의 내부에서 지그재그로 구비되어 끝단부가 다시 태양열 집 진기(11)에 연결되는 구조로, 상기 관을 통해 이송되는 열원과 태양열 축열조(31) 내의 난방수와 열교환되는 것이다.

그리고, 상기 태양열 집진장치(10)는 일반적으로 사용되고 있는 태양열 집진장치로써, 별도의 설명은 더 이상 하지 않는다.

상기 지열 히트펌프장치(20)는 도 1과 도 2를 참고하여, 지열 즉, 땅속의 열을 열원으로 사용하는 장치로써, 하절기에는 외부와 비교하여 땅속의 낮은 온도의 열을 이용하여 냉방에 사용되고, 동절기에는 외부와 비교하여 땅속의 높은 온도의 열을 이용하여 난방에 사용된다.

여기서, 상기 지열 히트펌프장치(20)는 지중(Under ground)의 일정한 깊이에 저장되어 있는 지열을 이용할 수 있도록 지중으로 관을 시추하고, 상기 관은 히트펌프(21)에 연결시켜 지열과 히트펌프(21) 내부에 열매체유(열원)와 열교환시키며, 상기 열을 관으로 연결된 축열장치(30)의 저탕조(33)에 공급한다.

이때, 상기 지열 히트펌프장치(20)와 축열장치(30)의 저탕조(33)를 연결하는 관에는 상기에서 기술했듯이, 저탕조(33)에 계절에 따라 냉방수와 난방수의 열을 공급할 때, 흐름의 방향을 전환해주기 위해 4방 밸브(22)가 설치된다.

상기 축열장치(30)는 도 1과 도 2를 참고하여, 태양열 집진장치(10)와 지열 히트펌프장치(20)가 각각 관에 의해 연결되도록 태양열 축열조(31)와, 저탕조(33)로 구성된다.

여기서, 상기 태양열 축열조(31)는 내부에 난방에 필요한 난방수가 채워져 있고, 상기 태양열 집진장치(10)를 통해 공급된 열원과 난방수가 열교환되어 난방 및 급탕에너지를 공급한다.

그리고, 상기 태양열 축열조(31)의 내부에는 급탕예열조(32)가 설치되어 외부에서 태양열 축열조(31)의 내부에 급탕용 시수가 유입되어 난방수와 열교환되고, 상기 난방수와 열교환 된 급탕용 시수는 급탕예열조(32)에 유입되며, 상기 급탕예열조(32)에서 유입된 급탕용 시수가 저탕조(33)의 급탕축열조(34)에 공급된다.

이때, 상기 시수는 외부에서 관에 의해 이송되는데, 상기 관이 태양열 축열조(31)의 내부에 관통되어 지그재그 형태로 형성되고, 끝단부가 급탕예열조(32)와 연결되어 상기 태양열 축열조(31)의 난방수와 시수가 열교환되어 급탕용 시수로 변환된다.

또한, 상기 태양열 축열조(31)는 내부에 채워진 난방수를 일측에 형성된 유입관을 통해 냉,난방 장치(40)에 공급하고, 상기 냉,난방 장치(40)에서 사용(열교환)된 난방수는 태양열 축열조(31)의 일단부에 관통 형성된 환수관을 통해 환수된다. 이때, 상기 냉,난방 장치(40)는 냉방과 난방이 필요한 곳에 설치된 장치로써, 팬코일(FCU) 등의 장치를 뜻하는 것이다.

그리고, 상기 저탕조(33)는 내부에 계절에 따라 용도가 변경되는 냉,난방수가 지열 히트펌프장치(20)를 통해 공급되어 내부에 채워지고, 상기 지열 히트펌프장치(20)는 태양열 축열조(31)의 백업으로 동절기에 필요한 난방 및 급탕에너지를 공급하며, 하절기에는 냉방에너지를 공급한다.

여기서, 상기 저탕조(33)는 태양열 축열조(31)의 상단부에 설치되고, 상기 저탕조(33)와 태양열 축열조(31) 사이에는 상호 열교류가 표면으로 이루어지지 못 하도록 단열재(미도시)가 더 설치된다.

그리고, 상기 저탕조(33)의 내부에는 온수급탕을 공급하는 급탕축열조(34)가 설치되고, 상기 급탕축열조(34)는 급탕예열조(32)에서 1차 예열된 급탕용 시수가 관을 통해 내부에 유입되어 저탕조(33)의 난방수와 열교환으로 2차 가열된다.

이때, 상기 온수급탕은 동절기뿐만 아니라 하절기에도 사용하는 것으로 필요시에 태양열 축열조(31)에서 열교환되어 임시보관되어 있는 급탕예열조(32)에서 급탕용 시수를 바로 공급하도록 제어장치(50)에 의해 제어된다.

여기서, 상기 축열장치(30)는 태양열 축열조(31)와 저탕조(33) 사이에 단열재가 설치된 상태에서 하나의 유닛으로 공장에서 제작되어 상품화가 가능하고, 콤팩트한 구조로 현장 등의 축열장치(30)가 필요한 곳에 관만 연결하여 손쉽게 사용할 수 있다.

상기에서 기술된 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치에 대한 제어방법을 도면을 참고하여 이하에서 설명하겠다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치의 냉,난방 제어방법을 나타낸 순서도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치의 온수급탕 제어방법을 나타낸 순서도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 상기 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치의 제어방법은 동절기의 난방, 급탕과, 하절기의 냉방 으로 구분하여 기술한다.

우선, 난방시에는, 태양열 집진장치(10)에서 태양열과 열교환한 열이 태양열 축열조(31) 내에 이송되어 상기 태양열 축열조(31) 내의 난방수와 열교환된다.(S100)

동시에, 상기 지열 히트펌프장치(20)에서 지열과 열교환 한 열이 저탕조(33) 내에 공급된다.(S110)

여기서, 상기 태양열 축열조(31) 내에서 열교환된 난방수가 냉,난방 장치(40)에 공급되고(S120), 이때, 상기 태양열 축열조(31)의 난방수가 냉,난방 장치(40)에 공급될 때, 난방에너지가 부족할 시, 상기 저탕조(33) 내의 난방수가 냉,난방 장치(40)에 공급되어 부족한 난방에너지를 채워주며,(S130) 이렇게 상기 지열 히트펌프장치(20)는 태양열 집진장치(10)의 백업 역할을 해서 태양열 이용율을 극대화한다.

다음으로, 냉방시에는, 여름철에 땅속은 대기보다 낮은 온도를 유지하기 때문에 상기 지열 히트펌프장치(20)에서 지열과 열교환 한 열원(냉방수)이 저탕조(33) 내에 유입된다.(S200)

그리고, 상기 저탕조(33) 내의 냉방수가 냉,난방 장치에 공급된다.(S210)

이하에서 도 4에 도시한 바와 같이, 온수급탕시의 제어방법은 동절기와 하절기로 구분하여 설명하면,

상기 동절기에는 태양열 집진장치(10)에서 공급된 열이 태양열 축열조(31) 내의 난방수와 열교환되는 과정(S100)에서 열원과 열교환된 난방수와 외부에서 태 양열 축열조(31) 내에 유입된 시수가 1차 열교환되고, 상기 시수는 태양열 축열조(31) 내에 구비된 급탕예열조(32)로 유입된다.(S300)

그리고, 상기 급탕예열조(32)에서 급탕용 시수가 저탕조(33) 내의 급탕축열조(34)에 공급되고(S310), 상기 지열 히트펌프장치(20)에서 공급된 열이 저탕조(33) 내에 유입되는 과정(S110)에서 상기 난방수와 급탕축열조(34)에 공급된 급탕용 시수가 2차 열교환되어(S320) 한층 더 온도를 올려주거나 상기 급탕예열조(32)에서 일정온도로 예열된 급탕용 시수를 설정된 온도까지 올리는데 작은 열로도 축열이 가능하며, 그렇게 때문에 온수급탕 효율이 증가한다.

마지막으로 상기 급탕축열조(34)의 급탕용 시수를 필요한 곳(주택, 건물 등)에 공급한다.(S330)

상기 하절기에는 태양열 집진장치(10)의 열원에 의해 열교환 된 태양열 축열조(31)의 난방수와 시수가 열교환되고, 상기 시수는 태양열 축열조(31) 내에 구비된 급탕예열조(32)로 유입되는데, 상기 급탕예열조(32)의 급탕용 시수는 급탕축열조(34)에 공급되지 않고 바로 급탕용 시수가 필요한 곳으로 공급된다. 이것은 하절기 난방부하는 없기 때문에 큰 용량의 태양열 축열조 전체가 급탕용으로만 사용되고 또한 급탕부하가 적기 때문에 지열히트펌프 장치의 도움없이도 온수급타부하를 충분히 공급할 수가 있게 된다.

이유는 상기 고온의 급탕용 시수가 급탕축열조(34)에 공급되면 상기 저탕조(33) 내의 냉방수와 열교환되어 냉방에 필요한 열원에 영향을 끼치기 때문에 상기 급탕예열조(32)에서 바로 공급되는 것이고, 상기 급탕예열조(32)에서 바로 공급 될 수 있도록 관이 형성되며, 상기 관에는 3방 밸브(35)가 설치되어 급탕용 시수를 원하는 곳으로 유도할 수 있고, 상기 3방 밸브(35)는 제어장치(50)에 의해 제어된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치를 나타낸 개략도이고,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치를 나타낸 상세도이고,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치의 냉,난방 제어방법을 나타낸 순서도이고,

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치의 온수급탕 제어방법을 나타낸 순서도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 표시>

10 : 태양열 집진장치 11 : 태양열 집진기

12 : 팽창조 20 : 지열 히트펌프장치

21 : 히트펌프 22 : 4방 밸브

30 : 축열장치 31 : 태양열 축열조

32 : 급탕예열조 33 : 저탕조

34 : 급탕축열조 35 : 3방 밸브

40 : 냉,난방 장치 50 : 제어장치

Claims (8)

1. 신재생 하이브리드 열 공급장치에 있어서,

   태양열에 의해 온열 에너지를 공급하는 태양열 집진장치(10)와;

   지열의 열원(heat source) 또는 열싱크(heat sink)를 이용하여 온열 또는 냉열 에너지를 공급하는 지열 히트펌프장치(20)와;

   상기 태양열 집진장치(10)와 지열 히트펌프장치(20)가 각각 연결되어 열에너지를 공급받아 필요한 곳에 공급하는 축열장치(30);

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 축열장치(30)는,

   태양열 집진장치(10)를 통해 공급된 열과 내부에 채워진 난방수가 열교환되어 난방 및 급탕에너지를 공급하는 태양열 축열조(31)와;

   상기 태양열 축열조(31)의 상단부에 설치되어 지열 히트펌프장치(20)를 통해 공급된 열(냉,난방수)이 내부에 채워지고, 상기 태양열 축열조(31)의 백업으로 동절기에는 난방 및 급탕에너지를 공급하며, 하절기에는 냉방에너지를 공급하는 저탕조(33);

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 태양열 축열조(31)의 내부에는 난방수와 열교환되는 급탕용 시수가 내부에 유입된 급탕예열조(32)가 설치되고, 상기 급탕예열조(32)에서 열교환된 급탕용 시수가 저탕조(33)의 내부에 공급되는 것을 특징으로 하는 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 저탕조(33)의 내부에는 급탕예열조(32)에서 1차 예열된 급탕용 시수가 내부에 유입되어 저탕조(33)의 난방수와 열교환되는 급탕축열조(34)가 설치되고, 상기 급탕축열조(34)를 통해 온수급탕을 공급하는 것을 특징으로 하는 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치.
5. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 축열장치(30)는 태양열 축열조(31)와 저탕조(33) 사이에 단열재가 설치되고, 하나의 유닛으로 제작되어 필요한 곳에 관만 연결하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치.
6. 제 2항에 있어서,

   상기 지열 히트펌프장치(20)에는 저탕조(33)에 계절에 따라 냉방수와 난방수의 열을 공급시, 흐름의 방향을 전환해주기 위해 4방 밸브(22)가 설치되는 것을 특징으로 하는 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치.
7. 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치의 제어방법에 있어서,

   난방시에는,

   태양열 집진장치(10)에서 공급된 열이 태양열 축열조(31) 내의 난방수와 열교환되는 단계(S100);

   지열 히트펌프장치(20)에서 지열과 열교환 한 난방수가 저탕조(33) 내에 유입되는 단계(S110);

   상기 태양열 축열조(31) 내에서 열교환된 난방수가 냉,난방 장치(40)에 공급되는 단계(S120);

   상기 태양열 축열조(31)의 난방수가 냉,난방 장치(40)에 공급되는 단계(S120)에서 난방에너지가 부족시, 상기 저탕조(33) 내의 난방수가 냉,난방 장치(40)에 공급되는 단계(S130);를 포함하여 이루어지고,

   냉방시에는,

   지열 히트펌프장치(20)에서 지열을 열싱크로 해서 생산된 냉방수가 저탕조(33) 내의 유입되는 단계(S200);

   상기 저탕조(33) 내의 냉방수가 냉,난방 장치(40)에 공급되는 단계(S210);

   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치의 제어방법.
8. 제 7항에 있어서,

   온수급탕 공급시에는,

   상기 태양열 집진장치(10)에서 공급된 열이 태양열 축열조(31) 내의 난방수와 열교환되는 단계(S100)에서 열교환된 난방수와 외부에서 태양열 축열조(31) 내에 유입된 시수가 1차 열교환되어 급탕예열조(32)로 유입되는 단계(S300);

   상기 급탕예열조(32)에서 급탕용 시수가 저탕조(33) 내의 급탕축열조(34)에 공급되는 단계(S310);

   상기 지열 히트펌프장치(20)에서 공급된 난방수가 저탕조(33) 내에 유입되는 단계(S110)에서 상기 난방수와 급탕축열조(34)에 공급된 급탕용 시수가 2차 열교환 되는 단계(S320);

   상기 급탕축열조(34)의 급탕용 시수를 필요한 곳에 공급하는 단계(S330);

   로 이루어져 부가적으로 추가되는 것을 특징으로 하는 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치의 제어방법.

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