KR20120032620A

KR20120032620A - 염지하수를 이용한 냉난방장치

Info

Publication number: KR20120032620A
Application number: KR1020100094045A
Authority: KR
Inventors: 김재휘
Original assignee: (주)그린이엔티
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2012-04-06

Abstract

본 발명은 염지하수를 이용한 냉난방장치에 관한 것으로서, 압축기(11), 응축기(12), 팽창밸브(13) 및 증발기(14)가 하나의 사이클을 이루는 히트펌프(10); 이 히트펌프(10)의 근처에 마련되되 염지하수(지하해수)가 고여 있는 바닷가의 지하 다공질층에 마련된 염지하해수정(20); 상기 히트펌프(10)의 증발기(14) 및 염지하해수정(20) 하부의 염지하수와 수열교환이 이루어지도록 증발기(14)에서 염지하해수정(20)의 상부로부터 하부를 거쳐 상부로 되돌아 나와 다시 증발기(14)로 들어가 지속적으로 순환되게 연결되어있는 제1열회수라인(30); 상기 히트펌프(10) 근처에 마련되되 상기 히트펌프(10)의 응축기(12)에서 수열 교환한 이후의 열교환매체를 저장하도록 순환라인(41)으로 연결되어있는 축열탱크(40); 이 축열탱크(40)에 저장된 열교환매체가 시설물인 하우스(60) 내의 팬코일유닛(62)을 거쳐 축열탱크(40)로 되돌아 저장되고 이렇게 저장된 열교환매체를 지속적으로 공급 순환시키도록 연결되어있는 방열라인(50); 상기 제1열회수라인(30)에서 삼방밸브(72)를 통해 각각 분기되어 방열라인(50)과 연결된 제2열회수라인(70)을 포함하여 구성된다.
따라서, 제1열회수라인을 하우스 내의 팬코일유닛과 연결하여 햇볕에 의해 급상승된 하우스의 열원을 흡수하도록 하는 제2열회수라인을 마련함으로써 하절기엔 햇볕으로 인하여 급상승된 하우스로부터 열원을 흡수할 수 있으며 이로 인하여 자연적으로 하우스 내부를 과수, 농작물 등의 생육에 적합한 냉방을 수행하고 이때 히트펌프의 응축기에서 얻은 온수인 열교환매체를 축열탱크에 저장하였다가 기온이 떨어지는 밤에 히트펌프를 가동시키지 않고 방열라인의 순환펌프만을 가동시켜 하우스 내부의 난방이 가능하게 되는 효과를 얻는다.

Description

염지하수를 이용한 냉난방장치{Cooling/Heating equipment using saline underground water}

본 발명은 염지하수를 이용한 냉난방장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 냉난방장치에 적용되는 히트펌프의 증발기를 수열교환방식으로 채택하고 바닷가의 다공질층에 스며든 염지하수(지하해수)의 열원 또는 시설물인 하우스의 열원을 흡수하도록 하는 열회수라인을 마련함으로써 혹한기에도 항시 일정한 온도(17℃정도)의 지속적인 열원을 공급받을 수 있어 열교환매체인 냉수를 10℃이상으로 유지하여 히트펌프의 운전효율을 높이며 이로 인하여 냉난방장치의 기계적 손상을 방지하는 동시에 에너지효율을 극대화시킬 수 있는 염지하수를 이용한 냉난방장치에 관한 것이다.

일반적으로, 농작물 재배를 위한 하우스는 농작물의 생육적온으로 유지시키기 위하여 하절기엔 냉방을 공급할 수 있고 동절기엔 난방을 공급할 수 있도록 하는 냉난방장치인 히트펌프가 설치된다.

상기 히트펌프는 통상의 냉동사이클과 같이 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기가 하나의 사이클을 이루되 냉매의 흐름을 전환시키기 위한 사방밸브를 포함하여 구성된다.

상기 히트펌프는 단독으로 설치하여 사용할 수도 있으나, 이 히터펌프와 소정거리를 갖고 이격된 위치에 축열조(蓄熱槽)를 설치한 후 히트펌프에서 생성된 냉온수를 저장하여 사용하거나 시설물에 부가된 방사유닛을 축열조와 순환라인으로 연결하여 사용하기도 한다. 이때, 상기 히트펌프의 응축기와 축열조 사이에는 상기 응축기에서 수열교환방식으로 얻은 냉수 또는 온수를 축열조에 저장하거나 순환시킬 수 있도록 하는 순환라인이 축열조와 연결되어 있다.

이러한 종래의 냉난방장치는 히트펌프를 가동시키면 압축기에서 냉매가 압축되면서 고온고압의 가스냉매로 되고, 이렇게 압축된 냉매는 응축기로 압송되어 통과하는 동안, 상기 응축기에서 수열교환방식을 통해 방열되어 고온고압의 액상냉매로 응축된다.

그리고, 이렇게 응축된 고온고압의 액상냉매는 다시 팽창밸브에서 저압상태로 변형되어 증발기에서 증발됨에 따라 기화에 필요한 냉매의 기화열을 외부로부터 흡수하므로 증발기의 주위는 냉각되게 된다.

그런 다음, 상기 증발기를 통과한 저온저압의 가스냉매는 다시 압축기에 의해 흡입 압축되는 과정을 반복 수행하면서 지속적인 열 교환이 이루어지게 되는 것이다.

상기에서 언급하였듯이, 히트펌프가 가동되는 동안에는 히트펌프의 압축기로부터 지속적으로 압송되는 냉매가 가지고 있는 고열이 응축기에선 열을 방출하게 되는데, 이 열을 이용하여 난방하거나 수열교환방식을 통해 얻은 온수를 축열조에 저장하였다가 온수가 필요한 사용처로 보내어 사용할 수 있게 되는 것이다.

그러나 상기와 같은 히트펌프를 이용한 기존의 냉난방장치에 있어서는, 히트펌프의 증발기가 외부로부터 열원을 공급받아 증발기의 냉매를 증발시키는 기능을 수행하기 위한 것이므로 외기가 저온인 동절기에는 난방부하량이 증가하고 외부로부터 제대로 열원을 공급받을 수 없으며, 특히 증발기로부터 유입되는 열교환매체의 온도가 5℃ 이하로 내려가게 되면 그 증발성능이 떨어짐은 물론 이에 따라 냉난방장치의 기계적 손상도 발생하여 전반적으로 사이클 작동 또한 원활하지 못한 것으로 알려져 있다.

다시 말해서, 증발기에서는 열을 흡수하여 이 증발기를 통과하는 냉매를 증발(기화)시켜야 하나 증발기로 유입되는 열교환매체의 온도가 낮으면 열을 흡수하지 못하게 되고, 그 결과 증발기를 통과하는 유로 내의 냉매는 완전한 기체로 되지 못하므로 기체와 액체가 공존하는 상태의 냉매로 되며, 이러한 상태의 냉매가 압축기로 흡입되면 압축효율이 떨어지고, 경우에 따라서는 기액 상태의 냉매가 압축기의 물리적 마찰을 발생시켜 결과적으로 압축기의 수명단축 내지 손상으로 이어지게 되는 등의 문제점을 갖고 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연구개발한 것으로서, 그 목적은 냉난방장치에 적용되는 히트펌프의 증발기를 수열교환방식으로 채택하고 바닷가의 다공질층에 스며든 염지하수(지하해수)의 열원을 흡수하도록 하는 제1열회수라인을 마련함으로써 동절기엔 항시 17℃정도인 염지하수로부터 열원을 공급받을 수 있어 열교환매체인 냉수를 10℃ 이상으로 유지하여 히트펌프의 운전효율을 높이며 이로 인하여 냉난방장치의 기계적 손상을 방지하는 동시에 에너지효율을 극대화시킬 수 있도록 한 염지하수를 이용한 냉난방장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 제1열회수라인을 시설물인 하우스 내의 팬코일유닛과 연결하여 햇볕에 의해 급상승된 하우스의 열원을 흡수하도록 하는 제2열회수라인을 마련함으로써 환절기 및 하절기엔 햇볕으로 인하여 급상승된 하우스로부터 열원을 흡수할 수 있으며 이로 인하여 자연적으로 하우스 내부를 과수, 농작물 등의 생육에 적합한 냉방을 수행하고 이때 히트펌프의 응축기에서 얻은 온수인 열교환매체를 축열탱크에 저장하였다가 기온이 떨어지는 밤에 히트펌프를 가동시키지 않고 방열라인의 순환펌프만을 가동시켜 하우스내부의 난방이 가능하게 되는 염지하수를 이용한 냉난방장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 지하천공홀의 염지하수에 고압에어를 불어넣음으로써 지하천공홀의 염지하수를 교반시키고 이러한 염지하수의 교반으로 인하여 국부적인 온도차이 없이 균일하게 유지시켜 열교환효율을 향상시킬 수 있는 염지하수를 이용한 냉난방장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 염지하수의 열회수라인에 전기히터, 보일러, 태양열흡열장치 등의 보조열원장치를 마련함으로써 혹한동절기엔 항시 17℃정도인 염지하수에서 부족한 열원을 확실하게 공급받을 수 있으며 이로 인하여 열교환매체인 냉수가 5℃ 이하의 저온으로 떨어짐을 확실히 방지할 수 있는 염지하수를 이용한 냉난방장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 냉난방장치는 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하여 하나의 사이클을 이루는 히트펌프; 상기 히트펌프의 근처에 마련되며 염지하수(지하해수)가 고여 있는 바닷가의 지하 다공질층에 이르기까지 천공된 염지하해수정; 상기 히트펌프의 증발기 및 염지하해수정의 염지하수와 수열교환이 이루어지도록 증발기에서 염지하해수정의 상부로부터 그 내부로 들어가 하부를 거쳐 상부로 되돌아 나와 다시 증발기로 들어가 지속적으로 순환되게 연결되며 상기 염지하해수정을 통과하는 부분은 다수의 열교환파이프로 분기된 제1열회수라인; 상기 히트펌프 근처에 마련되되 히트펌프의 응축기에서 수열교환한 이후의 열교환매체를 저장하도록 순환라인으로 연결되어있는 축열탱크; 이 축열탱크에 저장된 열교환매체가 시설물 내의 팬코일유닛을 통해 축열탱크로 되돌아오는 과정이 지속되어 순환되게 연결되어있는 방열라인; 상기 제1열회수라인에서 삼방밸브를 통해 각각 분기되어 방열라인과 연결된 제2열회수라인을 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 염지하수를 이용한 냉난방장치에 있어서, 상기 염지하해수정은 바닷가의 지하 다공질층 하부에 이르기까지 지하천공홀이 천공되어 있고, 상기 지하천공홀의 하부에 이르기까지 파이프형의 오염방지 캡이 삽입되어 있으며, 상기 오염방지 캡은 하부에 다수의 유통공이 천공되고 상부가 막혀있는 구조이다. 상기 지하천공홀로 외부의 오염물질이 유입되는 것을 방지위하여 상기 지하천공홀과 오염방지 캡의 사이 공간 상부를 막는 오염방지그라우팅이 마련됨이 바람직하다.

상기 지하천공홀의 염지하수를 품어 올려 수영장, 어류양식장, 수족관 및 또 다른 열원으로 공급할 수 있도록 취수펌프를 갖는 흡입배관이 오염방지 캡의 상부로부터 지하천공홀의 염지하수에 이르기까지 마련된 것을 특징으로 한다.

또한, 지하천공홀의 염지하수에 고압에어를 불어넣어 염지하수를 교반시킬 수 있도록 송풍기를 갖는 에어공급관이 오염방지 캡의 상부로부터 지하천공홀의 염지하수에 이르기까지 마련된 것을 특징으로 한다.

그리고 혹한동절기엔 항시 17℃정도인 염지하수에서 부족한 열원을 확실하게 공급할 수 있도록 상기 제1열회수라인에 전기히터, 보일러, 태양열흡열장치 등의 보조열원장치가 마련된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 염지하수를 이용한 냉난방장치는, 냉난방장치에 적용되는 히트펌프의 증발기를 수열교환방식으로 채택하고 바닷가지역의 다공질층에 스며든 염지하수(지하해수)의 열원을 흡수하도록 하는 제1열회수라인을 마련함으로써 동절기엔 항시 17℃정도인 염지하수로부터 열원을 공급받을 수 있어 열교환매체인 냉수를 10℃ 이상으로 유지하여 히트펌프의 운전효율을 높이며 이로 인하여 냉난방장치의 기계적 손상을 방지하는 동시에 에너지효율을 극대화시킬 수 있는 효과를 얻는다.

또한, 제1열회수라인을 하우스 내의 팬코일유닛과 연결하여 햇볕에 의해 급상승된 하우스의 열원을 흡수하도록 하는 제2열회수라인을 마련함으로써 환절기 및 하절기엔 햇볕으로 인하여 급상승된 하우스로부터 열원을 흡수할 수 있으며 이로 인하여 자연적으로 하우스 내부를 과수, 농작물 등의 생육에 적합한 냉방을 수행하고 이때 히트펌프의 응축기에서 얻은 온수인 열교환매체를 축열탱크에 저장하였다가 기온이 떨어지는 밤에 히트펌프를 가동시키지 않고 방열라인의 순환펌프만을 가동시켜 하우스내부의 난방이 가능하게 되는 효과를 얻는다.

또한, 본 발명은 지하천공홀의 염지하수에 고압에어를 불어넣음으로써 지하천공홀의 염지하수를 교반시키고 이러한 염지하수의 교반으로 인하여 국부적인 온도차이 없이 균일하게 유지시켜 열교환효율을 향상시킬 수 있는 효과를 얻는다.

그리고 본 발명은 염지하수의 열회수라인에 전기히터, 보일러, 태양열흡열장치 등의 보조열원장치를 마련함으로써 혹한동절기엔 항시 17℃정도인 염지하수에서 부족한 열원을 확실하게 공급받을 수 있으며 이로 인하여 열교환매체인 냉수가 5℃ 이하의 저온으로 떨어짐을 확실히 방지할 수 있는 효과를 얻는다.

도 1은 본 발명에 따른 바람직한 일실시예의 염지하수를 이용한 냉난방장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 냉난방장치에서 히트펌프를 발췌하여 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 냉난방장치에서 염지하해수정을 발췌하여 상세하게 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 다른 실시예의 염지하수를 이용한 냉난방장치를 나타낸 도면들이다.

이하, 본 발명의 염지하수를 이용한 냉난방장치에 대하여 첨부도면을 참고로 하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 바람직한 일실시예의 염지하수를 이용한 냉난방장치를 나타낸 개략도이고, 도 2는 본 발명의 냉난방장치에서 히트펌프를 나타낸 개략도이며, 도 3은 본 발명의 냉난방장치에서 염지하해수정을 발췌하여 상세하게 나타낸 도면이다.

본 발명의 일실시예에 따른 염지하수를 이용한 냉난방장치는, 첨부도면과 같이, 압축기(11), 응축기(12), 팽창밸브(13) 및 증발기(14)가 하나의 사이클을 이루는 히트펌프(10)와, 이 히트펌프(10)의 근처에 마련되되 염지하수(지하해수)가 고여 있는 바닷가의 지하 다공질층(22)에 이르기까지 천공된 염지하해수정(20)과, 상기 히트펌프(10)의 증발기(14) 및 염지하해수정(20) 하부의 염지하수와 수열교환이 이루어지도록 증발기(14)에서 염지하해수정(20)의 상부로부터 하부를 거쳐 상부로 되돌아 나와 다시 증발기(14)로 들어가 지속적으로 순환되게 연결된 제1열회수라인(30)과, 상기 히트펌프(10) 근처에 마련되되 상기 히트펌프(10)의 응축기(12)에서 수열 교환한 이후의 열교환매체를 저장하고 순환시키기 위한 상하의 순환라인(41)으로 연결되어 있는 축열탱크(40); 이 축열탱크(40)에 저장된 열교환매체가 시설물인 하우스(60) 내의 팬코일유닛(62)을 거쳐 축열탱크(40)로 되돌아 저장되고 이렇게 저장된 열교환매체를 지속적으로 공급 순환시키도록 연결된 방열라인(50); 상기 제1열회수라인(30)에서 삼방밸브(72)를 통해 각각 분기되어 방열라인(50)과 연결된 제2열회수라인(70)을 포함하여 구성된다.

상기 히트펌프(10)는 냉매가 압축되고 냉각(응축)되어 액체로 된 후 기화되는 과정이 계속하여 이뤄지도록 압축기(11), 응축기(12), 팽창밸브(13), 증발기(14)가 하나의 사이클을 이루는 일반적인 냉동사이클로 이루어지되 상기 압축기(11)에 압축된 냉매를 응축기(12) 또는 증발기(14)로 흐름방향을 전환시켜 증발기는 응축기로서의 기능을 수행하고 응축기는 증발기로서의 기능을 수행하도록 하기 위한 사방밸브가 구비될 수도 있다.

상기 염지하해수정(20)은 바닷가의 지하 다공질층(22) 하부에 이르기까지 지하천공홀(21)이 천공되어 있고, 상기 지하천공홀(21)의 하부에 이르기까지 파이프형의 오염방지 캡(23)이 삽입되어 있으며, 상기 오염방지 캡(23)은 하부에 다수의 유통공(23a)이 천공되고 상부가 막혀있는 구조이다. 상기 지하천공홀(22)으로 외부의 오염물질이 유입되는 것을 방지위하여 상기 지하천공홀(22)과 오염방지 캡(23)의 사이 공간 상부를 막는 오염방지그라우팅(24)이 마련되어 있다.

상기 제1열회수라인(30)에는 열교환매체를 순환시키기 위한 제1순환펌프(31)가 마련되고 상기 제1순환펌프(31)에 의해 유동되는 열교환매체의 흐름을 개폐시키기 위한 제1개폐밸브(34)가 마련되어 있으며, 상기 염지하해수정(20)의 오염방지 캡(23)을 통과하는 부분의 제1열회수라인(30)은 다수의 열교환파이프(32)로 분기되어 있고 상기 열교환파이프(32)의 입출구에는 유출입량을 제어하기 위한 제어밸브(33)가 마련되어 있다. 상기 열교환파이프(32)들은 고정구나 지지가이드 등에 의해 균일하게 배치 고정하여야만 오염방지 캡(23) 내에 용이하게 설치할 수 있는 것이다.

상기 제1열회수라인(30)은 간접순환방식 이외에 지하천공홀(21)의 염지하수를 흡입하여 직접 순환시키는 직접순환방식으로 구성할 수도 있다. 이러한 순환방식 중에서 염지하수를 직접 순환시키는 직접순환방식은 염지하수의 이물질 등에 의해 증발기(14)에서 열 교환 장애가 발생될 수 있으므로 간접순환방식을 채택하는 것이 바람직하다.

상기 축열탱크(40)의 순환라인(41) 중에서 하나의 순환라인(41)에는 축열탱크(40)의 열교환매체를 순환시키기 위한 제2순환펌프(42)가 마련되어 있고 상기 제2순환펌프(41)에 의해 흐르는 열교환매체의 흐름을 개폐시키는 제2개폐밸브(43)가 마련되어 있다.

상기 방열라인(50)에는 축열탱크(40)의 열교환매체를 흡입하여 팬코일유닛(62)을 거쳐 다시 축열탱크(40)로 되돌아가는 과정이 지속적으로 이루어지도록 순환시키는 제3순환펌프(51)가 마련되어 있고 상기 제3순환펌프(51)에 의해 흐르는 열교환매체의 흐름을 개폐시키는 제3개폐밸브(52)가 마련되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 염지하수를 이용한 냉난방장치가 작동되는 과정을 상세하게 설명한다.

우선, 히트펌프(10)의 압축기(11)가 가동되어 고온고압의 가스냉매로 압축하며, 이렇게 압축된 냉매는 응축기(12)로 압송되고, 이 응축기(12)를 통과되는 동안 수열교환방식을 통해 열교환(방열)되어 주위를 가온시키면서 고온고압의 액상냉매로 응축된다.

이렇게 응축된 고온고압의 액상냉매는 팽창밸브(13)에서 저압상태로 변형되어 증발기(14)에서 증발되게 되고, 이렇게 증발기(14)에서 냉매가 증발(기화)됨에 따라 기화에 필요한 냉매의 기화열을 외부로부터 흡수하므로 증발기(14)의 주위는 냉각된다.

상기 증발기(14)를 통과한 저온저압의 가스냉매는 압축기(11)에 의해 흡입 압축되어 상기에서 언급한 바와 같은 과정을 반복적으로 수행하는 동안 증발기(14)에서 지속적인 열교환이 이루어지게 되는 것이다.

이렇게 히트펌프(10)가 가동되는 동안에는 히트펌프(10)의 압축기(11)로부터 지속적으로 압송되는 냉매가 가지고 있는 고열이 응축기(12)에서 수열교환방식을 통해 방열된다.

그리고, 상기 응축기(12)를 통과하는 고온고압의 가스냉매는 열을 발산시켜야만 액상으로 응축되므로 제2순환펌프(42)에 의해 순환라인(41)을 따라 흐르는 축열탱크(40) 내의 열교환매체인 물이 응축기(12)를 통과하면서 흡열하여 온수로 되게 되고 이렇게 온수로 된 열교환매체를 축열탱크(40)에 저장되며, 이렇게 축열탱크(40)에 저장된 열교환매체인 온수를 농작물(망고, 하우스감귤 등)을 재배하는 시설물인 하우스(60)로 공급하여 난방을 수행할 수 있는 것이다.

이를 보다 상세하게 설명하면, 응축기(12)와 수열 교환하는 순환라인(41)의 열교환매체인 물의 온도는 대략 55~60℃로 되어 축열탱크(40)에 저장되기 시작하고, 이렇게 축열탱크(40)에 지속적으로 저장되므로 항시 축열탱크(40) 내의 열교환매체가 대략 60℃ 정도로 유지된다.

이렇게 축열탱크(40) 내의 열교환매체가 대략 60℃ 정도의 온수로 유지되면 상기 순환라인(41)의 가동은 일시 정지되고, 시설물인 하우스(60)측의 방열라인(50)에 마련된 제3순환펌프(51)가 가동됨으로써 축열탱크(40) 내의 온수인 열교환매체가 시설물인 하우스(60)의 팬코일유닛(62)을 거쳐 다시 축열탱크(40)로 되돌아온다. 이때, 방열라인(50) 상의 제3개폐밸브(52)는 모두 개방되어야 한다.

이와 같이 시설물인 하우스(60)내의 팬코일유닛(62)을 통과하는 동안 방열한 열교환매체는 대략 40℃ 정도의 온도로 떨어지고 이렇게 열교환매체의 온도가 떨어진 온수는 축열탱크(40)로 유입되게 된다.

이러한 과정이 지속적으로 이루어짐으로써 축열탱크(40) 내의 열교환매체인 온수가 설정온도이하로 떨어지게 되고, 이렇게 열교환매체의 온도가 떨어지면 상기에서 설명한 바와 같이 히트펌프(10)를 가동시키면서 순환라인(41)의 제2순환펌프(42)를 가동시키면 축열탱크(40)는 다시 원하는 온도로 유지되므로 시설물인 하우스(60)에 일정한 온기를 지속적으로 공급할 수 있는 것이다.

한편으론, 상기 히트펌프(10)가 가동될 때 히트펌프(10)의 증발기(14)를 통과하는 저온저압의 액상냉매가 외부로부터 충분한 열을 흡수하여 기화되어야 하기 때문에, 증발기(14)를 통과하는 제1열회수라인(30)내부의 열교환매체로부터 흡열한다. 이때, 상기 제1열회수라인(30)의 제1순환펌프(31)가 가동되기 때문에 제1열회수라인(30) 내부의 열교환매체가 제1열회수라인(30)을 따라 흐르게 되며, 이렇게 제1열회수라인(30)을 따라 증발기(14)를 통과하는 열교환매체는 지하천공홀(21)의 염지하수로부터 열을 흡수하여 데워진 것이므로 증발기(14)를 통과하는 동안 증발기(14)의 냉매에 충분히 열을 공급하여 증발기(14)의 냉매가 무리 없이 자연스럽게 증발시킨다.

이렇게 증발기(14)의 냉매가 제1열회수라인(30)을 따라 흐르면서 증발기(14)를 통과하는 동안 제1열회수라인(30)의 열교환매체로부터 열을 빼앗아가고 이로 인하여 제1열회수라인(30)의 열교환매체인 물은 차가운 냉수로 되어 지하천공홀(21)측으로 공급되게 되며 상기 지하천공홀(21)으로 공급된 제1열회수라인(30)의 열교환매체인 물은 지하천공홀(21)의 염지하수를 통과하는 동안 염지하수로부터 흡열하여 열원을 공급받은 후 증발기(14)로 되돌아가 지속적으로 순환되게 된다.

이를 더욱 상세하게 설명하면, 증발기(14)와 수열 교환하는 제1열회수라인(30)의 열교환매체는 대략 10℃가 되고, 이는 지하천공홀(21)의 염지하수를 통과하는 과정에서 이 염지하수와 수열 교환하여 대략 17℃정도의 열교환매체로 가열되어 다시 증발기(14)로 공급되므로 상기 증발기(14)에 열원을 공급하는 과정을 되풀이한다. 이러한 경우는, 외기온도가 낮은 동절기에 시설물인 하우스(60)를 난방하고자 하는 경우에 주로 사용된다.

이와 반대로, 햇볕이 따갑고 외기가 온도가 높은 하절기의 낮엔 시설물인 하우스(60)의 기온이 35~45℃정도로 농작물에 악영향을 주므로 냉방하여야 한다.

이러한 경우에는 제1열회수라인(30) 상의 삼방밸브(72)를 전환시켜 시설물인 하우스(60)내의 팬코일유닛(62)과 연결된 제2열회수라인(70)으로 열교환매체인 물이 순환되도록 한다. 이렇게 히트펌프(10)의 증발기(14)와 수열 교환하는 열교환매체가 제2열회수라인(70)으로 순환되면 히트펌프(10)의 증발기(14)를 통과하는 동안 열교환매체가 대략 10℃의 냉수로 되어 제1열회수라인(30)상의 제1순환펌프(31)에 의해 시설물인 하우스(60)의 팬코일유닛(62)을 거쳐 증발기(14)로 되돌아 순환되는 과정이 지속적으로 이루어진다.

이렇게 증발기(14)와 수열 교환하여 냉수로 된 열교환매체가 팬코일유닛(62)에서 시설물인 하우스(60)로부터 흡열, 즉 대략 10℃정도인 냉기를 지속적으로 공급함으로써 냉방을 수행하고, 이로 인하여 시설물인 하우스(60)의 내부온도를 농작물의 재배에 적합한 온도인 15~20℃로 유지되게 된다.

이와 같이 시설물인 하우스(60) 내의 팬코일유닛(62)에서 흡열한 열교환매체는 15~20℃ 정도의 온도로 상승되고 이렇게 상승된 열교환매체는 증발기(14)를 거치면서 다시 냉수로 된 후 지속적으로 순환되게 됨으로써 시설물인 하우스(60) 내부는 원하는 온도로 유지할 수 있는 것이다.

한편, 상기 히트펌프(10)의 응축기(12)에서 수열 교환하여 얻은 온수인 열교환매체를 축열탱크(40)에 저장되게 되며, 이렇게 축열탱크(40)에 저장된 온수의 열교환매체를 기온이 낮은 밤에 히트펌프(10)를 가동시킴 없이 방열라인(50)의 제3순환펌프(51)만을 가동시킴으로써 축열탱크(40)의 온수가 시설물인 하우스(60)의 팬코일유닛(62)을 통해 축열탱크(40)로 되돌아오는 과정이 이루어져 지속적으로 순환되게 된다.

이때, 팬코일유닛(62)에서 열교환매체가 갖는 열을 방열함으로써 난방을 수행하게 되고 이로 인하여 시설물인 하우스(60) 내부를 농작물의 재배에 적합한 온도로 난방을 수행할 수 있는 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예의 염지하수를 이용한 냉난방장치를 나타낸 도면이다. 여기서는, 오염방지 캡(23)의 상부로부터 지하천공홀(21)의 염지하수 하부에 이르기까지 흡입배관(25)이 마련되되 상기 흡입배관(25)의 상단부분에 지하천공홀(21)의 염지하수를 품어 올려 수영장, 어류양식장, 수족관이나 또 다른 열원으로 공급할 수 있도록 하는 취수펌프(26)가 마련된 것이다.

도 6과 도 6은 본 발명에 따른 다른 실시예의 염지하수를 이용한 냉난방장치를 나타낸 도면이다. 도 5는 오염방지 캡(23)의 상부로부터 지하천공홀(21)의 염지하수에 이르기까지 에어공급관(27)이 마련되되 상기 에어공급관(27)의 상단부분에 지하천공홀(21)의 염지하수에 고압에어를 불어넣어 염지하수를 교반시킬 수 있는 송풍기(28)가 마련되어 있고 또한 상기 오염방지 캡(23)의 상단에는 에어공급관(27)을 통해 공급된 에어가 배출되도록 한 에어배출관(29)이 마련된 것이다.

도 6은 혹한동절기에도 항시 17℃정도인 염지하수에서 부족한 열원을 확실하게 공급할 수 있도록 상기 제1열회수라인(30)에 전기히터, 보일러, 태양열흡열장치 등의 보조열원장치(35)가 마련된 것이다.

상기와 같은 다른 실시예의 본 발명에 따른 냉난방장치는 지하천공홀(21)의 염지하수를 교반시켜 열원인 염지하수의 온도가 저하됨을 방지하고 염지하수의 열원만으론 부족한 열원을 보조열원장치(35)로 보충할 수 있는 것이다.

이와 같이, 본 발명에 따른 염지하수를 이용한 냉난방장치는 항시 일정한 온도(대략 17℃)로 유지되는 염지하수나 햇볕으로 인하여 상승된 시설물인 하우스(60)의 기온으로부터 제1열회수라인(30) 상의 제1순환펌프(31)가 가동됨에 따라 제1, 제2열회수라인(30,70) 내의 열교환매체가 순환되면서 지하천공홀(21)의 염지하수나 시설물인 하우스(60) 내의 공기가 가지고 있는 열을 흡수하여 증발기(14)로 되돌아온다.

이렇게 히트펌프(10)의 증발기(14)로 되돌아온 제1, 제2열회수라인(30,70) 내의 열교환매체가 가지고 있는 열을 히트펌프(10)측 증발기(14)의 냉매가 충분히 흡열하여 빼앗아가므로 증발기(14)의 냉매는 무리 없이 자연스럽게 증발되게 되며, 이로 인하여 외기온도가 낮은 동절기에 무난하게 난방을 수행할 수 있음은 물론 비교적 적은 에너지로도 히트펌프(10)를 원활히 구동시켜 에너지 효율을 극대화시킬 수 있는 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명은 상기의 바람직한 일실시예를 들어 설명하였으나, 이러한 일실시예를 종래의 공지기술과 단순히 조합 적용한 변형예는 물론 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 용이하게 변경하여 이용할 수 있는 모든 기술들은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.

10: 히트펌프 11: 압축기
12: 응축기 13: 팽창밸브
14: 증발기 20: 염지하수정
21: 지하천공홀 22: 다공질층
23: 오염방지 캡 24: 오염방지그라우팅
25: 흡입배관 26: 취수펌프
27: 에어공급관 28: 송풍기
29: 에어배출관 30: 제1열회수라인
31: 제1순환펌프 32: 열교환파이프
33: 제어밸브 34: 제1개폐밸브
35: 보조열원장치 40: 축열탱크
41: 순환라인 42: 제2순환펌프
43: 제2개폐밸브 50: 방열라인
51: 제3순환펌프 52: 제3개폐밸브
60: 하우스 62: 팬코일유닛
70: 제2열회수라인 72: 삼방밸브

Claims

압축기(11), 응축기(12), 팽창밸브(13) 및 증발기(14)가 하나의 사이클을 이루는 히트펌프(10);
이 히트펌프(10)의 근처에 마련되되 염지하수(지하해수)가 고여 있는 바닷가의 지하 다공질층에 마련된 염지하해수정(20);
상기 히트펌프(10)의 증발기(14) 및 염지하해수정(20) 하부의 염지하수와 수열교환이 이루어지도록 증발기(14)에서 염지하해수정(20)의 상부로부터 하부를 거쳐 상부로 되돌아 나와 다시 증발기(14)로 들어가 지속적으로 순환되게 연결되어있는 제1열회수라인(30);
상기 히트펌프(10) 근처에 마련되되 상기 히트펌프(10)의 응축기(12)에서 수열 교환한 이후의 열교환매체를 저장하도록 순환라인(41)으로 연결되어있는 축열탱크(40);
이 축열탱크(40)에 저장된 열교환매체가 시설물인 하우스(60) 내의 팬코일유닛(62)을 거쳐 축열탱크(40)로 되돌아 저장되고 이렇게 저장된 열교환매체를 지속적으로 공급 순환시키도록 연결되어있는 방열라인(50);
상기 제1열회수라인(30)에서 삼방밸브(72)를 통해 각각 분기되어 방열라인(50)과 연결된 제2열회수라인(70)을 포함하여 구성되어 있는 염지하수를 이용한 냉난방장치.
제1항에 있어서,
상기 염지하해수정(20)은 바닷가의 지하 다공질층(22) 하부에 이르기까지 지하천공홀(21)이 천공되어 있고, 상기 지하천공홀(21)의 하부에 이르기까지 파이프형의 오염방지 캡(23)이 삽입되되, 상기 오염방지 캡(23)은 하부에 다수의 유통공(23a)이 천공되고 상부가 막혀있는 구조이며, 상기 지하천공홀(21)으로 외부의 오염물질이 유입되는 것을 방지위하여 상기 지하천공홀(21)과 오염방지 캡(23)의 사이 공간 상부를 막는 오염방지그라우팅(24)이 마련되어 있는 염지하수를 이용한 냉난방장치.
제2항에 있어서,
상기 지하천공홀(21)의 염지하수를 품어 올려 수영장, 어류양식장, 수족관 및 또 다른 열원으로 공급할 수 있도록 취수펌프(26)를 갖는 흡입배관(25)이 오염방지 캡(23)의 상부로부터 지하천공홀(21)의 염지하수에 이르기까지 마련되어 있는 염지하수를 이용한 냉난방장치.
제2항에 있어서,
상기 지하천공홀(21)의 염지하수에 고압에어를 불어넣어 염지하수를 교반시킬 수 있도록 송풍기(28)를 갖는 에어공급관(27)이 오염방지 캡(23)의 상부로부터 지하천공홀(21)의 염지하수에 이르기까지 마련되어있는 염지하수를 이용한 냉난방장치.
제1항에 있어서,
혹한동절기에도 항시 17℃정도인 염지하수에서 부족한 열원을 확실하게 공급할 수 있도록 상기 제1열회수라인(30)에 전기히터, 보일러, 태양열흡열장치 중의 하나인 보조열원장치(35)가 마련되어있는 염지하수를 이용한 냉난방장치.