KR20120056180A - Geothermal cooling and heating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 지열 냉난방 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a geothermal heating and cooling device.
환경 보호를 위하여 신재생 에너지의 사용을 촉진하고자 하는 연구가 다양한 분야에서 진행되고 있는데, 이러한 분야 중 하나가 지열을 이용하는 지열 냉난방 장치이다.In order to protect the environment, researches to promote the use of renewable energy are being conducted in various fields, one of which is geothermal heating and cooling system using geothermal heat.
지열 냉난방 장치는 지열을 이용하여 냉방 또는 난방을 수행함으로써, 친환경적이고, 경제적이며, 편리한 장점이 있다.Geothermal heating and cooling device has the advantages of environmentally friendly, economical, and convenient by performing cooling or heating using geothermal heat.
그러나, 종래의 지열 냉난방 장치에서는, 히트 펌프와 축열조 사이에서 순환 유체가 순환될 때, 히트 펌프와 축열조 사이에서 순환 유체가 순환되는 배관 상에서 그러한 순환 유체의 실제 순환량이 요구되는 순환량에 비해 부족한 현상이 발생될 수 있는데, 이러한 순환수 부족 현상이 발생되면, 지열 냉난방 장치의 정상 작동이 곤란해질 수 있다.However, in the conventional geothermal heating and cooling device, when the circulating fluid is circulated between the heat pump and the heat storage tank, a phenomenon in which the actual circulation amount of such circulating fluid is insufficient on the piping where the circulating fluid is circulated between the heat pump and the heat storage tank is insufficient compared to the required circulation amount. If such a lack of circulation water occurs, the normal operation of the geothermal heating and cooling device may be difficult.
한편, 종래의 지열 냉난방 장치에서는, 축열조와 연결되는 수요처가 복수 개인 경우, 그러한 복수 개의 수요처를 모두 경유하면서 냉방 또는 난방을 수행하고 그 과정에서 온도 승강이 이루어진 후 축열조로 재유입되는 순환 유체의 온도가 요구되는 축열조 유입 온도가 되도록, 축열조에서 유출되는 순환 유체의 축열조 유출 온도를 조절하여 순환 유체를 수요처 쪽으로 유출시킨다. 이 때, 복수 개의 수요처 중 일부의 수요처에 대한 냉난방이 정지되고 다른 일부의 수요처에 대한 냉난방만 이루어지는 경우, 순환 유체가 경유하는 수요처가 감소되어 요구되는 만큼의 충분한 온도 승강이 이루어지지 못하고, 그에 따라 축열조로 재유입되는 순환 유체의 온도가 요구되는 축열조 유입 온도와 차이를 가지게 되어, 축열조 내에서 유체의 온도에 따라 성층화되는 온도 성층화가 제대로 이루어질 수 없게 된다.On the other hand, in the conventional geothermal heating and cooling device, when there are a plurality of demand sources connected to the heat storage tank, the temperature of the circulating fluid re-introduced into the heat storage tank after cooling or heating is performed while all the plurality of demand sources are heated and the temperature is raised in the process. The heat storage tank outlet temperature of the circulating fluid flowing out of the heat storage tank is adjusted so that the required heat storage tank inlet temperature is discharged to the demand destination. At this time, when the heating and cooling of some of the demand source is stopped and only the heating and cooling of the other part of the demand is made, the demand source through the circulating fluid is reduced, so that the temperature rise as much as required is not achieved. The temperature of the circulating fluid to be re-introduced to the difference is different from the required storage tank inlet temperature, the temperature stratification that is stratified in accordance with the temperature of the fluid in the storage tank can not be made properly.
본 발명은 작동 중 히트 펌프와 축열조 사이의 배관 상에서 순환수 부족 현상이 방지될 수 있는 구조를 가진 지열 냉난방 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a geothermal heating and cooling device having a structure that can prevent the lack of circulating water on the pipe between the heat pump and the heat storage tank during operation.
본 발명의 다른 목적은 복수 개의 수요처를 경유한 후 축열조로 재유입되는 순환 유체의 온도가 요구되는 축열조 유입 온도로 맞추어질 수 있는 구조를 가진 지열 냉난방 장치를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a geothermal heating and cooling device having a structure in which the temperature of a circulating fluid which is re-introduced into a heat storage tank after passing through a plurality of demands can be adjusted to a required heat storage tank inlet temperature.
본 발명의 일 측면에 따른 지열 냉난방 장치는 지열을 이용하여 수요처에 대해 냉난방을 수행할 수 있는 것으로서,Geothermal heating and cooling device according to an aspect of the present invention as being capable of performing air conditioning for the demand by using geothermal,
지열 교환 유체가 유동되면서 지중과 열교환하는 지열 교환 부재; 상기 수요처에 대해 순환 유체를 공급할 수 있고, 내부에 온도에 따라 순환 유체가 성층화되는 온도 성층화가 이루어지는 축열조; 상기 지열 교환 부재와 상기 축열조와 각각 연결되어, 상기 지열 교환 부재에서 상기 축열조로 열을 전달하거나, 상기 축열조에서 상기 지열 교환 부재로 열을 전달할 수 있는 히트 펌프; 상기 축열조 상부와 상기 히트 펌프 사이를 상대적 고온의 순환 유체가 유동하도록, 상기 축열조 상부와 상기 히트 펌프를 연결하는 축열조측 상측 유동관; 상기 축열조 하부와 상기 히트 펌프 사이를 상대적 저온의 순환 유체가 유동하도록, 상기 축열조 하부와 상기 히트 펌프를 연결하는 축열조측 하측 유동관; 상기 축열조측 상측 유동관과 상기 축열조측 하측 유동관 중 어느 하나에 설치되는 제 1 삼방 밸브(triple valve); 상기 축열조 상부의 상대적 고온의 순환 유체가 상기 제 1 삼방 밸브로 보충될 수 있도록, 상기 제 1 삼방 밸브와 상기 축열조 상부 사이를 연결하는 온수 보충관; 및 상기 축열조 하부의 상대적 저온의 순환 유체가 상기 제 1 삼방 밸브로 보충될 수 있도록, 상기 제 1 삼방 밸브와 상기 축열조 하부 사이를 연결하는 냉수 보충관;을 포함하여,A geothermal heat exchange member that exchanges heat with the ground while the geothermal heat exchange fluid flows; A heat storage tank capable of supplying a circulating fluid to the demand destination and having a temperature stratification in which the circulating fluid is stratified according to a temperature therein; A heat pump connected to each of the geothermal heat exchange member and the heat storage tank and capable of transferring heat from the geothermal heat exchange member to the heat storage tank or transferring heat from the heat storage tank to the geothermal heat exchange member; A heat storage tank side upper flow pipe connecting the heat storage tank upper part and the heat pump such that a circulating fluid having a relatively high temperature flows between the heat storage tank upper part and the heat pump; A heat storage tank side lower flow pipe connecting the heat storage tank lower portion and the heat pump so that a circulating fluid having a relatively low temperature flows between the heat storage tank lower portion and the heat pump; A first three-way valve installed in any one of the heat storage tank side upper flow pipe and the heat storage tank side lower flow pipe; A hot water replenishment pipe connecting between the first three-way valve and the heat storage tank upper part such that a relatively high temperature circulating fluid on the heat storage tank can be replenished with the first three-way valve; And a cold water supplement pipe connecting the first three-way valve and the bottom of the heat storage tank so that a relatively low temperature circulating fluid in the bottom of the heat storage tank can be replenished with the first three-way valve.
상기 축열조측 상측 유동관과 상기 축열조측 하측 유동관을 따라 유동되는 순환 유체의 순환량이 요구되는 순환량보다 부족한 경우, 상기 온수 보충관과 상기 냉수 보충관 중 적어도 하나를 통해 상기 축열조 내의 순환 유체가 상기 제 1 삼방 밸브로 보충되는 것을 특징으로 한다.When the amount of circulation of the circulating fluid flowing along the heat storage tank side upper flow pipe and the heat storage tank side lower flow pipe is less than the required circulation amount, the circulating fluid in the heat storage tank passes through at least one of the hot water supplement pipe and the cold water supplement pipe. It is characterized by being supplemented with a three-way valve.
본 발명의 일 측면에 따른 지열 냉난방 장치에 의하면, 히트 펌프와 축열조 사이를 연결하는 축열조측 하측 유동관 상에 제 1 삼방 밸브가 설치되고, 축열조 내의 상측 디퓨저와 하측 디퓨저와 각각 연결되는 온수 보충관과 냉수 보충관이 제 1 삼방 밸브에 연결됨에 따라, 축열조측 상측 유동관과 축열조측 하측 유동관을 따라 유동되는 순환 유체의 순환량이 요구되는 순환량보다 부족한 경우, 온수 보충관과 냉수 보충관 중 적어도 하나를 통해 축열조 내의 순환 유체가 제 1 삼방 밸브로 보충될 수 있다. 그러면, 지열 냉난방 장치의 작동 중에 축열조측 상측 유동관과 축열조측 하측 유동관을 따라 히트 펌프와 축열조 사이를 순환하는 순환 유체의 부족 현상이 방지될 수 있는 효과가 있다.According to the geothermal heating and cooling device according to an aspect of the present invention, a first three-way valve is installed on the storage tank side lower flow pipe connecting between the heat pump and the heat storage tank, and a hot water supplement pipe connected to each of the upper and lower diffusers in the heat storage tank; As the cold water make-up pipe is connected to the first three-way valve, if the circulation amount of the circulating fluid flowing along the heat storage tank upper flow pipe and the heat storage tank lower flow pipe is less than the required circulation amount, Circulating fluid in the heat storage tank can be replenished with the first three-way valve. Then, there is an effect that the shortage of circulating fluid circulating between the heat pump and the heat storage tank along the heat storage tank side upper flow pipe and the heat storage tank side lower flow pipe can be prevented during operation of the geothermal heating and cooling device.
본 발명의 다른 측면에 따른 지열 냉난방 장치에 의하면, 수요처측 상측 유동관과 수요처측 하측 유동관 중 제 3 삼방 밸브가 설치되지 아니한 유동관과 제 3 삼방 밸브가 제 3 삼방 밸브 연결관에 의해 연결됨에 따라, 수요처측 상측 유동관을 통해 축열조로 재유입되는 순환 유체 중 일부가 제 3 삼방 밸브 연결관을 통해 제 3 삼방 밸브로 유입되어, 수요처측 하측 유동관을 통해 축열조에서 수요처를 향해 유출되는 순환 유체와 혼합된 후, 수요처를 경유한 다음 수요처측 상측 유동관을 통해 축열조로 재유입되는 순환 유체의 온도가 요구되는 축열조 유입 온도로 맞추어질 수 있도록, 제 3 삼방 밸브가 수요처측 하측 유동관과 제 3 삼방 밸브 연결관을 통해 유입되는 각 유체가 혼합되도록 작동될 수 있다. 그러면, 복수 개의 수요처 중 일부의 수요처에 대한 냉난방이 정지되고 다른 일부의 수요처에 대한 냉난방만 이루어지는 경우 등에도, 복수 개의 수요처를 경유한 후 축열조로 재유입되는 순환 유체의 온도가 요구되는 축열조 유입 온도로 맞추어질 수 있는 효과가 있다.According to the geothermal heating and cooling device according to another aspect of the present invention, as the third three-way valve and the third three-way valve is connected to the flow pipe without the third three-way valve of the demand-side upper flow pipe and the demand-side lower flow pipe, A portion of the circulating fluid re-introduced into the heat storage tank through the demand side upper flow pipe is introduced into the third three way valve through the third three way valve connecting pipe, and mixed with the circulating fluid flowing out of the heat storage tank toward the customer through the demand side lower flow pipe. Then, the third three-way valve is connected to the demand-side lower flow pipe and the third three-way valve connection pipe so that the temperature of the circulating fluid flowing back through the demand source and then reflowed into the heat storage tank through the demand-side upper flow pipe can be adjusted to the required heat storage tank inlet temperature. Each fluid flowing through it may be operated to mix. Then, even in the case where the heating and cooling of some of the demand sources is stopped and only heating and cooling of the other demand sources is performed, the storage tank inflow temperature, which requires the temperature of the circulating fluid that is re-introduced into the storage tank via the plurality of demand sources, is required. There is an effect that can be adjusted to.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 지열 냉난방 장치에 의하면, 지열 보조 열교환기가 지열 교환 부재와 히트 펌프 사이에 설치되고, 제 2 삼방 밸브가 지열 보조 열교환기, 히트 펌프 및 수요처의 일부를 연결함에 따라, 수요처의 주된 부분에 대해 냉방을 수행하면서 수요처의 일부에 대해 난방을 함께 수행할 수 있으면서도, 지열 보조 열교환기 등에 관련된 소음, 진동 등이 수요처 또는 수요처의 일부로 전달되지 아니할 수 있는 효과가 있다.According to the geothermal heating and cooling device according to another aspect of the present invention, as the geothermal auxiliary heat exchanger is installed between the geothermal heat exchange member and the heat pump, and as the second three-way valve connects the geothermal auxiliary heat exchanger, the heat pump and a part of the customer, While cooling the main part of the customer and heating the part of the customer together, there is an effect that noise, vibration, etc. related to the geothermal auxiliary heat exchanger and the like may not be transmitted to the customer or the part of the customer.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 지열 냉난방 장치에 의하면, 바이패스관이 설치됨에 따라, 부하 공급 펌프가 작동을 시작하면, 바이패스관 개폐 밸브가 이를 감지하여 바이패스관을 열어서, 축열조로 재유입되는 순환 유체의 순환 속도가 순환 유체가 바이패스관을 비경유하는 경우보다 상대적으로 커지게 함으로써, 수요처측 상측 유동관과 수요처측 하측 유동관 내에 존재하는 지난 운전 사이클에서의 잔존 순환 유체가 신속히 제거될 수 있고, 그에 따라 수요처에서 요구되는 온도로 신속하게 냉난방이 이루어질 수 있게 되는 효과가 있다.According to the geothermal heating and cooling device according to another aspect of the present invention, as the bypass pipe is installed, when the load supply pump starts to operate, the bypass pipe open / close valve detects this and opens the bypass pipe, and reflows into the heat storage tank. By allowing the circulating velocity of the circulating fluid to be made relatively higher than when the circulating fluid does not pass through the bypass pipe, the remaining circulating fluid in the last operating cycle existing in the demand-side upper flow tube and the demand-side lower flow tube can be quickly removed. And, accordingly, there is an effect that can be quickly cooled and heating to the temperature required by the demand destination.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 지열 냉난방 장치의 구성을 보이는 도면.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 지열 냉난방 장치의 일부 구성을 보이는 도면.1 is a view showing the configuration of a geothermal heating and cooling device according to a first embodiment of the present invention.
2 is a view showing a part of the geothermal heating and cooling device according to a second embodiment of the present invention.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 지열 냉난방 장치에 대하여 설명한다.Hereinafter, a geothermal heating and cooling device according to embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 지열 냉난방 장치의 구성을 보이는 도면이다.1 is a view showing the configuration of a geothermal heating and cooling device according to a first embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 실시에에 따른 지열 냉난방 장치(100)는 제 1 삼방 밸브(triple valve)(141)와, 제 2 삼방 밸브(140)와, 제 3 삼방 밸브(143)와, 지열 교환 부재(150)와, 지열 보조 열교환기(151)와, 히트 펌프(152)와, 축열조(153)를 포함하여, 지열을 이용하여 수요처(156)에 대해 냉난방을 수행할 수 있는 것이다.Referring to FIG. 1, the geothermal heating and
상기 지열 냉난방 장치(100)의 구성은 예시적인 것으로, 일부 구성은 생략될 수도 있다.The configuration of the geothermal heating and
도면 번호 101과 102는 상기 지열 교환 부재(150)와 상기 지열 보조 열교환기(151) 사이를 연결하는 지열 교환 유체 공급관과 지열 교환 유체 환수관이고, 도면 번호 120은 상기 지열 교환 부재(150) 내에 설치되는 지열 교환 유체 펌프이다. 상기 지열 교환 유체 펌프(120)가 작동되면, 상기 지열 교환 부재(150) 내에서 지중과 열교환된 지열 교환 유체가 상기 지열 교환 유체 공급관(101)을 통해 상기 지열 보조 열교환기(151)로 공급되고, 상기 지열 보조 열교환기(151)를 경유한 상기 지열 교환 유체는 상기 지열 교환 유체 환수관(102)을 통해 상기 지열 교환 부재(150)로 환수된다.
상기 지열 교환 부재(150)는 지중에 매설된 것으로, 지열 교환 유체, 예를 들어 부동액을 포함한 물이 유동되면서 지중과 열교환되는 것이다.The geothermal
본 실시예에서는, 상기 지열 교환 부재(150)가 상기 지열 교환 유체가 유입되어 지열을 교환받을 수 있는 우물이 내부에 형성된 우물형으로 제시되나, 이는 예시적인 것이고, 상기 지열 교환 유체 공급관(101)과 상기 지열 교환 유체 환수관(102)이 지중에서 서로 연결된 형태의 밀폐형 등 다양한 형태가 제시될 수 있다.In this embodiment, the geothermal
상기 지열 보조 열교환기(151)는 상기 지열 교환 부재(150)와 상기 히트 펌프(152) 사이에 설치되어, 상기 지열 교환 부재(150)를 경유하는 상기 지열 교환 유체와, 상기 히트 펌프(152)를 경유하는 히트 펌프 순환 유체가 서로 열교환되는 것이다.The geothermal
상기 지열 보조 열교환기(151)의 적용에 따라, 부동액 등이 혼합되는 상기 지열 교환 유체가 상기 히트 펌프(152) 등 상기 지열 냉난방 장치(100)의 지중에 있는 다른 구성 요소로 직접 유입되지 아니할 수 있다.According to the application of the geothermal
도면 번호 103과 104는 상기 지열 보조 열교환기(151)와 상기 히트 펌프(152)를 연결하는 히트 펌프 공급관과 히트 펌프 회수관이고, 도면 번호 121은 보조 지열 펌프이다. 상기 보조 지열 펌프(121)가 작동되면, 상기 지열 보조 열교환기(151)와 상기 히트 펌프(152) 사이의 순환 유체가 상기 히트 펌프 공급관(103)과 상기 히트 펌프 회수관(104)을 따라 유동될 수 있다.
상기 히트 펌프(152)는 상기 지열 교환 부재(150)와 상기 축열조(153)와 각각 연결되어, 상기 지열 교환 부재(150)에서 상기 축열조(153)로 열을 전달하거나, 상기 축열조(153)에서 상기 지열 교환 부재(150)로 열을 전달할 수 있는 것이다.The
본 실시예에서는, 예시적으로 상기 히트 펌프(152)가 상기 지열 보조 열교환기(151)를 매개로 하여 상기 지열 교환 부재(150)에 간접적으로 연결된다.In the present embodiment, for example, the
상기 히트 펌프(152)는 지열을 이용하여 상기 수요처(156)에 대한 냉난방용 냉온열을 생산하는 구성 요소이다. 이러한 히트 펌프(152)는 압축기, 응축기, 팽창 밸브 및 증발기와 4방향 전환 밸브(4-way valve) 등으로 구성될 수 있다.The
상기 제 2 삼방 밸브(140)는 상기 지열 보조 열교환기(151), 상기 히트 펌프(152) 및 상기 수요처(156)의 일부(157)를 연결하는 것이다.The second three-
도면 번호 115는 상기 히트 펌프 환수관(104)과 제 1 공급 헤더(129)를 연결하는 일부 수요처 공급관이고, 도면 번호 116은 제 1 환수 헤더(130)와 상기 제 2 삼방 밸브(140)를 연결하는 일부 수요처 환수관이고, 상기 제 1 공급 헤더(129)는 상기 수요처(156) 중 일부(157)가 복수 개로 구성되는 경우 상기 복수 개의 수요처의 일부(157)에 순환 유체를 분배하는 것이고, 상기 제 1 환수 헤더(130)는 상기 복수 개의 수요처의 일부(157)를 경유한 순환 유체가 모여지는 것이다. 도면 번호 128은 상기 일부 수요처 공급관(115)을 개폐시키는 일부 수요처 공급관 개폐 밸브이다.
여기서, 상기 수요처(156)가 공기조화기 등인 경우, 상기 수요처의 일부(157)는 상기 공기조화기가 설치된 공간의 바닥에 설치되는 바닥 코일 등으로 제시될 수 있다.Here, when the
본 실시예에서는, 상기 제 2 삼방 밸브(140)는 상기 히트 펌프 공급관(103) 상에 설치되고, 상기 일부 수요처 환수관(116)과 연결된다. 그러면, 상기 제 2 삼방 밸브(140)의 작동에 따라, 상기 지열 보조 열교환기(151)와 상기 히트 펌프(152) 사이의 순환 유체가 상기 지열 보조 열교환기(151)와 상기 히트 펌프(152) 사이만을 순환하거나, 그 중 일부가 상기 일부 수요처 공급관(115)과 상기 일부 수요처 환수관(116)을 통해 상기 수요처의 일부(157)로 유동될 수 있다. 상기 수요처(156)에 대해 냉방이 이루어지는 경우, 상기 수요처의 일부(157)로는 상기 히트 펌프(152)에서 상기 지열 교환 부재(150) 쪽으로 버려지는 열 중의 일부가 전달되어, 난방이 이루어질 수 있다.In the present embodiment, the second three-
상기 수요처(156)의 주된 부분에 대해 냉방이 요구되고, 상기 수요처(156)의 일부(157)에 대해 난방이 요구되는 경우, 상기 히트 펌프(152)에서 상기 지열 보조 열교환기(151)로 전달되는 열 중의 적어도 일부가 상기 수요처(156)의 일부(157)로 전달되도록, 상기 제 2 삼방 밸브가 상기 히트 펌프 공급관(103)을 통해 유동하는 순환 유체와 상기 일부 수요처 환수고나(116)을 통해 유동하는 순환 유체가 혼합되도록 작동될 수 있다.When cooling is required for a major portion of the
상기와 같이, 상기 지열 보조 열교환기(151)가 상기 지열 교환 부재(150)와 상기 히트 펌프(152) 사이에 설치되고, 상기 제 2 삼방 밸브(140)가 상기 지열 보조 열교환기(151), 상기 히트 펌프(152) 및 상기 수요처의 일부(157)를 연결함에 따라, 상기 수요처(156)의 주된 부분에 대해 냉방을 수행하면서 상기 수요처의 일부(157)에 대해 난방을 함께 수행할 수 있으면서도, 상기 지열 보조 열교환기(151) 등에 관련된 소음, 진동 등이 상기 수요처(156) 또는 상기 수요처의 일부(157)로 전달되지 아니할 수 있다.As described above, the geothermal
도면 번호 105는 상기 축열조(153) 하부와 상기 히트 펌프(152) 사이를 상대적 저온의 순환 유체가 유동하도록, 상기 히트 펌프(152)와 상기 축열조(153)의 하부를 연결하는 축열조측 하측 유동관이고, 도면 번호 110은 상기 축열조(153) 상부와 상기 히트 펌프(152) 사이를 상대적 고온의 순환 유체가 유동하도록, 상기 히트 펌프(152)와 상기 축열조(153)의 상부를 연결하는 축열조측 상측 유동관이고, 도면 번호 122는 상기 축열조측 하측 유동관(105)과 상기 축열조측 상측 유동관(110)에서 상기 히트 펌프(152)와 상기 축열조(153) 사이의 순환 유체가 유동되도록 하는 축열 펌프이다.
상기 축열조(153)는 상기 수요처(156)에 대해 그 내부에 수용된 상기 순환 유체를 공급할 수 있고, 내부에 온도에 따라 상기 순환 유체가 성층화되는 온도 성층화가 이루어지는 것이다.The
여기서, 온도 성층화란, 상기 축열조(153) 내부에서 온도가 균일한 층이 형성되고, 각 층의 온도의 차이에 따라 상대적 저온의 층은 상기 축열조(153)의 하측에 형성되고, 상대적 고온의 층은 상기 축열조(153)의 상측에 형성되는 것을 말한다.Here, in the temperature stratification, a layer having a uniform temperature is formed in the
이러한 온도 성층화가 원활하게 이루어질 수 있도록, 상기 축열조(153) 내부에는 하측 디퓨저(154)와 상측 디퓨저(155)가 설치된다.In order to facilitate the temperature stratification, the
상기 하측 디퓨저(154)는 상기 축열조측 하측 유동관(105)과 연결되는 것이고, 복수 개의 원판이 높이차를 가지면서 배치되어, 유출입되는 순환 유체가 그 원주방향으로 분출되어, 상기 축열조(153) 내부에서 층을 이루도록 할 수 있다.The
상기 상측 디퓨저(155)는 상기 축열조측 상측 유동관(110)과 연결되는 것이고, 복수 개의 원판이 높이차를 가지면서 배치되어, 유출입되는 순환 유체가 그 원주방향으로 분출되어, 상기 축열조(153) 내부에서 층을 이루도록 할 수 있다.The
상기 축열조(153)는 상부가 개방되어, 그 내부가 대기압 분위기를 이룰 수 있다.The
상기 제 1 삼방 밸브(141)는 상기 축열조측 상측 유동관(110)과 상기 축열조측 하측 유동관(105) 중 어느 하나에 설치되는 것으로, 본 실시예에서는 상기 축열조측 하측 유동관(105)에 설치되는 것으로 한다.The first three-
도면 번호 107은 상기 축열조(153) 하부, 본 실시예에서는 상기 하측 디퓨저(154)의 상대적 저온의 순환 유체, 즉 냉수가 상기 제 1 삼방 밸브(141)로 보충될 수 있도록, 상기 제 1 삼방 밸브(141)와 상기 축열조(153) 하부의 상기 하측 디퓨저(154) 사이를 연결하는 것이다.
도면 번호 109는 상기 축열조(153) 상부, 본 실시예에서는 상기 상측 디퓨저(155)의 상대적 고온의 순환 유체, 즉 온수가 상기 제 1 삼방 밸브(141)로 보충될 수 있도록, 상기 제 1 삼방 밸브(141)와 상기 축열조(153) 상부의 상기 상측 디퓨저(155) 사이를 연결하는 것이다.
도면 번호 126은 상기 냉수 보충관(107)을 개폐시키는 냉수 보충관 개폐 밸브이고, 도면 번호 127은 상기 온수 보충관(109)을 개폐시키는 온수 보충관 개폐 밸브이다.
상기와 같이, 상기 히트 펌프(152)와 상기 축열조(153) 사이를 연결하는 상기 축열조측 하측 유동관(105) 상에 상기 제 1 삼방 밸브(141)가 설치되고, 상기 축열조(153) 내의 상기 상측 디퓨저(155)와 상기 하측 디퓨저(154)와 각각 연결되는 상기 온수 보충관(109)과 상기 냉수 보충관(107)이 상기 제 1 삼방 밸브(141)에 연결됨에 따라, 상기 축열조측 상측 유동관(110)과 상기 축열조측 하측 유동관(105)을 따라 유동되는 순환 유체의 순환량이 요구되는 순환량보다 부족한 경우, 상기 온수 보충관(109)과 상기 냉수 보충관(107) 중 적어도 하나를 통해 상기 축열조(153) 내의 순환 유체가 상기 제 1 삼방 밸브(141)로 보충될 수 있다. 그러면, 상기 지열 냉난방 장치(100)의 작동 중에 상기 축열조측 상측 유동관(110)과 상기 축열조측 하측 유동관(105)을 따라 상기 히트 펌프(152)와 상기 축열조(153) 사이를 순환하는 순환 유체의 부족 현상이 방지될 수 있다.As described above, the first three-
도면 번호 142는 상기 축열조측 하측 유동관(105) 상에 설치되는 제 2 전환 밸브이고, 도면 번호 108은 상기 축열조측 상측 유동관(110)과 상기 제 2 전환 밸브(142)를 연결하는 제 2 전환 밸브 연결관이다.
도면 번호 145는 상기 축열조측 상측 유동관(110) 상에 설치되는 제 1 전환 밸브이고, 도면 번호 106은 상기 축열조측 하측 유동관(105)과 상기 제 1 전환 밸브(145)를 연결하는 제 1 전환 밸브 연결관이다.
여기서, 상기 제 1 삼방 밸브(141), 상기 제 2 삼방 밸브(140) 및 후술되는 제 3 삼방 밸브(143)는 두 방향에서 유입되는 각 순환 유체를 요구되는 비율대로 혼합하여 다른 하나의 방향으로 유출시킬 수 있는 것이고, 상기 제 1 전환 밸브(145), 상기 제 2 전환 밸브(142) 및 후술되는 제 3 전환 밸브(144)는 두 방향 중 어느 한 방향은 닫고 그 두 방향 중 다른 한 방향에서 유입되는 순환 유체를 나머지 또 다른 하나의 방향으로 유출시킬 수 있는 것이다.Here, the first three-
도면 번호 111은 상기 축열조(153) 하부의 상기 하측 디퓨저(154)와 상기 수요처(156) 사이를 상대적 저온의 순환 유체가 유동하도록, 상기 하측 디퓨저(154)와 제 2 공급 헤더(124)를 연결하는 수요처측 하측 유동관이고, 도면 번호 112는 상기 축열조(153) 상부의 상기 상측 디퓨저(155)와 상기 수요처(156) 사이를 상대적 고온의 순환 유체가 유동하도록, 제 2 환수 헤더(125)와 상기 상측 디퓨저(155)를 연결하는 수요처측 상측 유동관이고, 상기 제 2 공급 헤더(124)는 상기 수요처(156)가 복수 개로 구성되는 경우 상기 복수 개의 수요처(156)에 순환 유체를 분배하는 것이고, 상기 제 2 환수 헤더(125)는 상기 복수 개의 수요처(156)를 경유한 순환 유체가 모여지는 것이다. 도면 번호 123은 상기 수요처측 하측 유동관(111)과 상기 수요처측 상측 유동관(112) 상에서 순환 유체가 유동되도록 하는 부하 공급 펌프이다.
상기 제 3 삼방 밸브(143)는 상기 수요처측 하측 유동관(111)과 상기 수요처측 상측 유동관(112) 중 어느 하나에 설치되는 것으로, 본 실시예에서는 상기 수요처측 하측 유동관(111)에 설치되는 것으로 한다.The third three-
도면 번호 114는 상기 수요처측 상측 유동관(112)과 상기 수요처측 하측 유동관(111) 중 상기 제 3 삼방 밸브(143)가 설치되지 아니한 유동관, 본 실시예에서는 상기 수요처측 상측 유동관(112)과 상기 제 3 삼방 밸브(143)를 연결하는 제 3 삼방 밸브 연결관이다.
상기와 같이, 상기 수요처측 상측 유동관(112)과 상기 수요처측 하측 유동관(111) 중 상기 제 3 삼방 밸브(143)가 설치되지 아니한 유동관, 본 실시예에서는 상기 수요처측 상측 유동관(112)과 상기 제 3 삼방 밸브(143)가 상기 제 3 삼방 밸브 연결관(114)에 의해 연결됨에 따라, 상기 수요처측 상측 유동관(112)을 통해 상기 축열조(153)로 재유입되는 순환 유체 중 일부가 상기 제 3 삼방 밸브 연결관(114)을 통해 상기 제 3 삼방 밸브(143)로 유입되어, 상기 수요처측 하측 유동관(111)을 통해 상기 축열조(153)에서 상기 수요처(156)를 향해 유출되는 순환 유체와 혼합된 후, 상기 수요처(156)를 경유한 다음 상기 수요처측 상측 유동관(112)을 통해 상기 축열조(153)로 재유입되는 순환 유체의 온도가 요구되는 축열조 유입 온도로 맞추어질 수 있도록, 상기 제 3 삼방 밸브(143)가 상기 수요처측 하측 유동관(111)과 상기 제 3 삼방 밸브 연결관(114)을 통해 유입되는 각 유체가 혼합되도록 작동될 수 있다. 그러면, 복수 개의 상기 수요처(156) 중 일부의 수요처(156)에 대한 냉난방이 정지되고 다른 일부의 수요처(156)에 대한 냉난방만 이루어지는 경우 등에도, 복수 개의 수요처(156)를 경유한 후 축열조(153)로 재유입되는 순환 유체의 온도가 요구되는 축열조 유입 온도로 맞추어질 수 있다.As described above, a flow pipe in which the third three-
예를 들어, 복수 개의 상기 수요처(156) 중 일부 수요처(156)에 대한 냉방 시에, 상기 수요처측 상측 유동관(112)을 통해 유동되던 상대적 고온의 순환 유체 중 일부가 상기 제 3 삼방 밸브 연결관(114)을 통해 상기 제 3 삼방 밸브(143)로 유입되어, 상기 수요처측 하측 유동관(111)을 통해 유동되는 상대적 저온의 순환 유체와 혼합되어, 상기 수요처(156)로 유입되는 순환 유체의 온도가 상승되고, 그에 따라 상기 일부 수요처(156)를 경유한 후 상기 수요처측 상측 유동관(112)을 통해 상기 축열조(153)로 유입되는 순환 유체는 요구되는 축열조 유입 온도로 맞추어질 수 있게 된다.For example, when cooling to some of the
도면 번호 144는 상기 수요처측 상측 유동관(112)에 설치되는 제 3 전환 밸브이고, 도면 번호 113은 상기 제 3 전환 밸브(144)와 상기 수요처측 하측 유동관(111)을 연결하는 제 3 전환 밸브 연결관이다.
이하에서는 상기 지열 냉난방 장치(100)의 작동에 대하여 설명한다.Hereinafter, the operation of the geothermal heating and
먼저, 상기 수요처(156)에 대한 난방 운전 시에, 상기 제 2 삼방 밸브(140)에서 상기 일부 수요처 환수관(116) 쪽, 상기 일부 수요처 공급관 개폐 밸브(128), 상기 냉수 보충관 개폐 밸브(126), 상기 제 2 전환 밸브(142)에서 상기 제 2 전환 밸브 연결관(108) 쪽, 상기 제 1 전환 밸브(145)에서 상기 제 1 전환 밸브 연결관(106) 쪽, 상기 제 3 전환 밸브(144)에서 상기 제 2 환수 헤더(125) 쪽은 닫힌다.First, at the time of heating operation to the
상기와 같은 상태에서, 각 펌프(120, 121, 122, 123)가 작동되면, 상기 지열 교환 부재(150)에서 열교환되면서 열을 얻은 지열 교환 유체가 상기 지열 보조 열교환기(151)에서 순환 유체와 열교환되고, 그러한 열교환된 순환 유체가 상기 히트 펌프(152)로 유입된다.In the above state, when each of the
그런 다음, 상기 히트 펌프(152)에서 상기 축열조측 상측 유동관(110)을 통해 열을 포함한 상대적 고온의 순환 유체가 상기 상측 디퓨저(155)를 통해 상기 축열조(153)의 상부로 유입되어 성층된다.Then, in the
그 후, 상기 상측 디퓨저(155)의 다른 단을 통해 상대적 고온의 순환 유체가 상기 축열조(153)에서 유출된 후, 상기 제 3 전환 밸브(144), 상기 제 3 전환 밸브 연결관(113), 상기 제 2 공급 헤더(124), 상기 수요처(156), 상기 제 2 환수 헤더(125), 상기 제 3 삼방 밸브 연결관(114) 및 상기 제 3 삼방 밸브(143)를 순차적으로 거치면서 상기 수요처(156)에 난방을 수행한 후, 상기 하측 디퓨저(154)를 통해 상기 축열조(153)의 하부로 재유입되어 성층된다.Thereafter, after the relatively high temperature circulating fluid flows out of the
그런 다음, 상기 하측 디퓨저(154)의 다른 단을 통해 상대적 저온의 순환 유체가 상기 축열조(153)에서 유출된 후, 상기 제 2 전환 밸브(142) 및 상기 제 1 삼방 밸브(141)를 경유하여 상기 히트 펌프(152)로 재유입된다.Then, after the relatively low temperature circulating fluid flows out of the
상기 히트 펌프(152)에서는 상대적 저온의 순환 유체가 상기 히트 펌프 환수관(104)을 통해 상기 지열 보조 열교환기(151)로 유입되어, 상기 지열 교환 유체와 다시 열교환되어 열을 얻는다.In the
상기와 같은 사이클을 이루면서 상기 수요처(156)에 대한 난방 운전이 수행될 수 있다.The heating operation for the
상기와 같은 난방 운전 과정에서, 상기 제 1 삼방 밸브(141)를 경유하는 순환 유체가 부족한 경우, 상기 온수 보충관(109)을 통해 상기 축열조(153) 상부의 온수가 보충될 수 있다.In the heating operation process as described above, when the circulating fluid passing through the first three-
한편, 상기 수요처(156)에 대한 냉방 운전 시에, 상기 제 2 삼방 밸브(140)에서 상기 일부 수요처 환수관(116) 쪽, 상기 일부 수요처 공급관 개폐 밸브(128), 상기 온수 보충관 개폐 밸브(127), 상기 제 2 전환 밸브(142)에서 상기 제 1 삼방 밸브(141) 쪽, 상기 제 1 전환 밸브(145)에서 상기 히트 펌프(152) 쪽, 상기 제 3 전환 밸브(144)에서 상기 제 3 전환 밸브 연결관(113) 쪽은 닫힌다.On the other hand, during the cooling operation with respect to the
상기와 같은 상태에서, 각 펌프(120, 121, 122, 123)가 작동되면, 상기 지열 교환 부재(150)에서 열교환되면서 열을 잃은 지열 교환 유체가 상기 지열 보조 열교환기(151)에서 순환 유체와 열교환되고, 그러한 열교환된 순환 유체가 상기 히트 펌프(152)로 유입된다.In the above state, when each
그런 다음, 상대적 저온의 순환 유체가 상기 히트 펌프(152)에서 상기 축열조측 상측 유동관(110), 상기 제 2 전환 밸브 연결관(108), 상기 제 2 전환 밸브(142) 및 상기 하측 디퓨저(154)를 통해 상기 축열조(153)의 하부로 유입되어 성층된다.Then, the relatively low temperature circulating fluid is transferred to the heat storage tank side
그 후, 상기 하측 디퓨저(154)의 다른 단을 통해 상대적 저온의 순환 유체가 상기 축열조(153)에서 유출된 후, 상기 제 3 삼방 밸브(143), 상기 제 2 공급 헤더(124), 상기 수요처(156), 상기 제 2 환수 헤더(125) 및 상기 제 3 전환 밸브(144)를 순차적으로 거치면서 상기 수요처(156)에 냉방을 수행한 후, 상기 상측 디퓨저(155)를 통해 상기 축열조(153)의 상부로 재유입되어 성층된다.Then, after the relatively low temperature circulating fluid flows out of the
그런 다음, 상기 상측 디퓨저(155)의 다른 단을 통해 상대적 고온의 순환 유체가 상기 축열조(153)에서 유출된 후, 상기 제 1 전환 밸브(145), 상기 제 1 전환 밸브 연결관(106) 및 상기 제 1 삼방 밸브(141)를 경유하여 상기 히트 펌프(152)로 재유입된다.Then, after the relatively high temperature circulating fluid flows out of the
상기 히트 펌프(152)에서는 상대적 고온의 순환 유체가 상기 히트 펌프 환수관(104)을 통해 상기 지열 보조 열교환기(151)로 유입되어, 상기 지열 교환 유체와 다시 열교환되어 열을 잃는다.In the
상기와 같은 사이클을 이루면서 상기 수요처(156)에 대한 냉방 운전이 수행될 수 있다.The cooling operation for the
상기와 같은 냉방 운전 과정에서, 상기 제 1 삼방 밸브(141)를 경유하는 순환 유체가 부족한 경우, 상기 냉수 보충관(107)을 통해 상기 축열조(153) 하부의 냉수가 보충될 수 있다.In the cooling operation process as described above, when the circulating fluid passing through the first three-
한편, 상기 수요처(156)에 대해 냉방을 수행하면서, 상기 수요처의 일부(157)에 대해 난방을 공급하는 운전 시에, 상기 제 2 삼방 밸브(140)에서 상기 일부 수요처 환수관(116) 쪽과 상기 일부 수요처 공급관 개폐 밸브(128)도 열리는 점을 제외하고 상기 냉방 운전 시의 조건과 동일하게 각 구성 요소들의 개폐가 이루어진다.On the other hand, during the operation of supplying heating to the
상기와 같은 상태에서, 상기 히트 펌프(152)와 상기 수요처(156)까지에서의 냉방 수행 과정은 상기에서 설명된 냉방 운전 때와 동일하므로 중복 설명은 생략한다.In the above state, the process of performing cooling up to the
상기 히트 펌프(152)에서 상대적 고온의 순환 유체가 상기 히트 펌프 환수관(104)을 통해 상기 지열 보조 열교환기(151)로 유입되어, 상기 지열 교환 유체와 다시 열교환되어 열을 잃는다.In the
이 때, 상기 히트 펌프 환수관(104)을 경유하는 상대적 고온의 순환 유체 중 일부가 상기 일부 수요처 공급관(115), 상기 제 1 공급 헤더(129), 상기 수요처의 일부(157), 상기 제 2 환수 헤더(130), 상기 일부 수요처 환수관(116)을 경유하면서 상기 수요처의 일부(157)에 대해 부분 난방을 수행한 후, 상기 제 2 삼방 밸브(140)를 통해 상기 히트 펌프(152)로 유입된다.At this time, some of the relatively high temperature circulating fluid passing through the heat
상기와 같은 사이클을 이루면서 상기 수요처(156)에 대한 냉방 운전과 함께 상기 수요처의 일부(157)에 대한 난방 운전이 수행될 수 있다.In the cycle as described above, the heating operation for the
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 지열 냉난방 장치에 대하여 설명한다. 이러한 설명을 수행함에 있어서 상기된 본 발명의 제 1 실시예에서 이미 기재된 내용과 중복되는 설명은 그에 갈음하고 여기서는 생략하기로 한다.Hereinafter, a geothermal air conditioning system according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In carrying out this description, the description overlapping with the contents already described in the above-described first embodiment of the present invention will be replaced with the description thereof.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 지열 냉난방 장치의 일부 구성을 보이는 도면이다.2 is a view showing a part of the geothermal heating and cooling device according to a second embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 실시예에서는, 복수 개의 수요처(256)가 수요처측 하측 유동관(211)과 수요처측 상측 유동관(212)에 연결되고, 상기 수요처측 하측 유동관(211) 상에 상기 수요처측 상측 유동관(212)과 상기 수요처측 하측 유동관(211)을 따라 축열조(253)에서 상기 복수 개의 수요처(256)로 순환 유체를 유동시키는 부하 공급 펌프(223)가 설치된다.Referring to FIG. 2, in the present embodiment, a plurality of demand sources 256 are connected to the demand destination lower flow pipe 211 and the demand destination upper flow pipe 212, and the demand destination on the demand destination lower flow pipe 211. A load supply pump 223 is installed to flow circulating fluid from the heat storage tank 253 to the plurality of demand sources 256 along the upper flow pipe 212 and the demand-side lower flow pipe 211.
본 실시예에서는, 바이패스 유닛(260)이 설치된다. 상기 바이패스 유닛(260)은 바이패스관(261), 바이패스관 개폐 밸브(262) 및 온도 감지 센서(263)로 구성된다.In this embodiment, the bypass unit 260 is provided. The bypass unit 260 includes a bypass pipe 261, a bypass pipe open / close valve 262, and a temperature sensor 263.
상기 바이패스관(261)은 상기 수요처측 상측 유동관(212)과 상기 수요처측 하측 유동관(211)보다 상대적으로 큰 직경을 가져서, 상기 수요처측 상측 유동관(212)과 상기 수요처측 하측 유동관(211)에서보다 상대적으로 순환 유체의 흐름이 더욱 원활해질 수 있고, 단위 시간당 유체 순환량이 증대될 수 있다. 그리고, 상기 바이패스관(261)은 순환 유체의 유동 방향을 기준으로 상기 복수 개의 수요처(256) 중 최말단의 수요처(256)에서 상기 수요처측 상측 유동관(212) 및 상기 수요처측 하측 유동관(211)과 각각 양단이 연결되어, 상기 순환 유체가 상기 최말단의 수요처(256)를 바이패스하여 상기 바이패스관(261)을 경유할 수 있다.The bypass pipe 261 has a diameter larger than that of the demand-side upper flow pipe 212 and the demand-side lower flow pipe 211, and thus the demand-side upper flow pipe 212 and the demand-side lower flow pipe 211. The flow of the circulating fluid can be smoother and the amount of fluid circulation per unit time can be increased relatively. In addition, the bypass pipe 261 may include the demand-side upper flow pipe 212 and the demand-side lower flow pipe 211 at the end of the plurality of demand sources 256 based on the flow direction of the circulating fluid. And both ends thereof are connected to each other so that the circulating fluid may bypass the last demand source 256 and pass through the bypass pipe 261.
상기 바이패스관 개페 밸브(262)는 상기 바이패스관(261)을 개폐시키는 것으로, 상기 온도 감지 센서(263) 및 상기 부하 공급 펌프(223)와 전기적으로 연결된다.The bypass pipe opening valve 262 opens and closes the bypass pipe 261, and is electrically connected to the temperature sensor 263 and the load supply pump 223.
상기 부하 공급 펌프(223)의 작동 초기에, 상기 수요처측 상측 유동관(212)과 상기 수요처측 하측 유동관(211) 내에는 지난 운전 사이클에서 잔존된 순환 유체가 존재하고, 이러한 잔존된 순환 유체가 제거될 때까지 상기 수요처(256)에서는 요구되는 온도로 냉난방이 어렵게 된다.At the beginning of operation of the load supply pump 223, the circulating fluid remaining in the last demand cycle is present in the demand-side upper flow pipe 212 and the demand-side lower flow pipe 211, and the remaining circulating fluid is removed. Until then, the demand source 256 is difficult to heat and cool to the required temperature.
본 실시예에서는, 상기 바이패스관(262)이 설치됨에 따라, 상기 부하 공급 펌프(223)가 작동을 시작하면, 상기 바이패스관 개폐 밸브(262)가 이를 감지하여 상기 바이패스관(262)을 열어서, 상기 축열조(253)로 재유입되는 순환 유체의 순환 속도가 상기 순환 유체가 상기 바이패스관(262)를 비경유하는 경우보다 상대적으로 커지게 함으로써, 상기 수요처측 상측 유동관(212)과 상기 수요처측 하측 유동관(211) 내에 존재하는 지난 운전 사이클에서의 잔존 순환 유체가 신속히 제거될 수 있고, 그에 따라 상기 수요처(256)에서 요구되는 온도로 신속하게 냉난방이 이루어질 수 있게 된다.In the present embodiment, as the bypass pipe 262 is installed, when the load supply pump 223 starts to operate, the bypass pipe opening / closing valve 262 detects the bypass pipe 262. To open the circulation flow rate of the circulating fluid re-introduced into the heat storage tank 253 to be relatively larger than the case where the circulating fluid does not pass through the bypass pipe 262. Residual circulating fluid in the last operating cycle present in the demand-side lower flow pipe 211 can be quickly removed, thereby allowing the air conditioning to be rapidly heated to the temperature required by the demand-source 256.
한편, 상기 온도 감지 센서(263)는 상기 바이패스관(261) 내를 유동하는 상기 순환 유체의 온도를 감지한다.On the other hand, the temperature sensor 263 detects the temperature of the circulating fluid flowing in the bypass pipe 261.
상기 온도 감지 센서(263)에서 감지되는 상기 바이패스관(261) 내의 순환 유체의 온도가 요구되는 온도에 도달된 경우, 상기 바이패스관 개폐 밸브(262)가 상기 바이패스관(261)을 닫는다. 그러면, 상기 순환 유체가 상기 바이패스관(261)을 경유하지 아니하고, 상기 말단의 수요처(256)를 경유한 다음 상기 축열조(253)로 재유입되면서 정상적인 냉난방 운전이 수행될 수 있다.When the temperature of the circulating fluid in the bypass pipe 261 detected by the temperature sensor 263 reaches the required temperature, the bypass pipe open / close valve 262 closes the bypass pipe 261. . Then, the circulating fluid does not pass through the bypass pipe 261, but flows back into the heat storage tank 253 after passing through the demand source 256 at the end, and thus normal cooling and heating operation may be performed.
상기에서 본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그렇지만 이러한 수정 및 변형 구조들은 모두 본 발명의 권리범위 내에 포함되는 것임을 분명하게 밝혀두고자 한다.While the invention has been shown and described with respect to specific embodiments thereof, those skilled in the art can variously modify the invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. And that it can be changed. However, it is intended that the present invention covers the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents.
본 발명의 일 측면에 따른 지열 냉난방 장치에 의하면, 작동 중 히트 펌프와 축열조 사이의 배관 상에서 순환수 부족 현상이 방지될 수 있고, 복수 개의 수요처를 경유한 후 축열조로 재유입되는 순환 유체의 온도가 요구되는 축열조 유입 온도로 맞추어질 수 있으므로, 그 산업상 이용 가능성이 높다고 하겠다.
According to the geothermal heating and cooling device according to an aspect of the present invention, the shortage of circulating water on the pipe between the heat pump and the heat storage tank can be prevented during operation, and the temperature of the circulating fluid re-introduced into the heat storage tank after passing through a plurality of demand destinations is It can be tailored to the required heat storage inlet temperature, which makes the industry highly available.
Claims (5)
지열 교환 유체가 유동되면서 지중과 열교환하는 지열 교환 부재;
상기 수요처에 대해 순환 유체를 공급할 수 있고, 내부에 온도에 따라 순환 유체가 성층화되는 온도 성층화가 이루어지는 축열조;
상기 지열 교환 부재와 상기 축열조와 각각 연결되어, 상기 지열 교환 부재에서 상기 축열조로 열을 전달하거나, 상기 축열조에서 상기 지열 교환 부재로 열을 전달할 수 있는 히트 펌프;
상기 축열조 상부와 상기 히트 펌프 사이를 상대적 고온의 순환 유체가 유동하도록, 상기 축열조 상부와 상기 히트 펌프를 연결하는 축열조측 상측 유동관;
상기 축열조 하부와 상기 히트 펌프 사이를 상대적 저온의 순환 유체가 유동하도록, 상기 축열조 하부와 상기 히트 펌프를 연결하는 축열조측 하측 유동관;
상기 축열조측 상측 유동관과 상기 축열조측 하측 유동관 중 어느 하나에 설치되는 제 1 삼방 밸브(triple valve);
상기 축열조 상부의 상대적 고온의 순환 유체가 상기 제 1 삼방 밸브로 보충될 수 있도록, 상기 제 1 삼방 밸브와 상기 축열조 상부 사이를 연결하는 온수 보충관; 및
상기 축열조 하부의 상대적 저온의 순환 유체가 상기 제 1 삼방 밸브로 보충될 수 있도록, 상기 제 1 삼방 밸브와 상기 축열조 하부 사이를 연결하는 냉수 보충관;을 포함하여,
상기 축열조측 상측 유동관과 상기 축열조측 하측 유동관을 따라 유동되는 순환 유체의 순환량이 요구되는 순환량보다 부족한 경우, 상기 온수 보충관과 상기 냉수 보충관 중 적어도 하나를 통해 상기 축열조 내의 순환 유체가 상기 제 1 삼방 밸브로 보충되는 것을 특징으로 하는 지열 냉난방 장치.In the geothermal heating and cooling device capable of performing heating and cooling to the demand destination by using geothermal,
A geothermal heat exchange member that exchanges heat with the ground while the geothermal heat exchange fluid flows;
A heat storage tank capable of supplying a circulating fluid to the demand destination and having a temperature stratification in which the circulating fluid is stratified according to a temperature therein;
A heat pump connected to each of the geothermal heat exchange member and the heat storage tank and capable of transferring heat from the geothermal heat exchange member to the heat storage tank or transferring heat from the heat storage tank to the geothermal heat exchange member;
A heat storage tank side upper flow pipe connecting the heat storage tank upper part and the heat pump such that a circulating fluid having a relatively high temperature flows between the heat storage tank upper part and the heat pump;
A heat storage tank side lower flow pipe connecting the heat storage tank lower portion and the heat pump so that a circulating fluid having a relatively low temperature flows between the heat storage tank lower portion and the heat pump;
A first three-way valve installed in any one of the heat storage tank side upper flow pipe and the heat storage tank side lower flow pipe;
A hot water replenishment pipe connecting between the first three-way valve and the heat storage tank upper part such that a relatively high temperature circulating fluid on the heat storage tank can be replenished with the first three-way valve; And
And a cold water replenishment pipe connecting the first three-way valve and the bottom of the heat storage tank so that a relatively low temperature circulating fluid in the bottom of the heat storage tank can be replenished with the first three-way valve.
When the amount of circulation of the circulating fluid flowing along the heat storage tank side upper flow pipe and the heat storage tank side lower flow pipe is less than the required circulation amount, the circulating fluid in the heat storage tank passes through at least one of the hot water supplement pipe and the cold water supplement pipe. Geothermal heating and cooling device, characterized in that supplemented with a three-way valve.
상기 지열 교환 부재는 지열 교환 유체가 유입되어 지열을 교환받을 수 있는 우물이 내부에 형성된 우물형으로 이루어지고,
상기 지열 냉난방 장치는
상기 지열 교환 부재와 상기 히트 펌프 사이에 설치되어, 상기 지열 교환 부재를 경유하는 상기 지열 교환 유체와, 상기 히트 펌프를 경유하는 히트 펌프 순환 유체가 서로 열교환되는 지열 보조 열교환기; 및
상기 지열 보조 열교환기, 상기 히트 펌프 및 상기 수요처의 일부를 연결하는 제 2 삼방 밸브;를 포함하여,
상기 수요처의 주된 부분에 대해 냉방이 요구되고, 상기 수요처의 일부에 대해 난방이 요구되는 경우, 상기 히트 펌프에서 상기 지열 보조 열교환기로 전달되는 열 중의 적어도 일부가 상기 수요처의 일부로 전달되도록 상기 제 2 삼방 밸브가 작동되는 것을 특징으로 하는 지열 냉난방 장치.The method of claim 1,
The geothermal heat exchange member is made of a well type formed therein a well for receiving geothermal heat exchange fluid is exchanged geothermal heat,
The geothermal heating and cooling device
A geothermal auxiliary heat exchanger disposed between the geothermal heat exchange member and the heat pump, wherein the geothermal heat exchange fluid passing through the geothermal heat exchange member and the heat pump circulating fluid via the heat pump exchange heat with each other; And
And a second three-way valve connecting part of said geothermal auxiliary heat exchanger, said heat pump and said demand source.
When cooling is required for the main part of the demand source, and heating is required for a part of the demand source, at least a part of the heat transferred from the heat pump to the geothermal auxiliary heat exchanger is transferred to the part of the demand source. Geothermal heating and cooling device, characterized in that the valve is operated.
상기 축열조 상부와 상기 수요처 사이를 상대적 고온의 순환 유체가 유동하도록, 상기 축열조 상부와 상기 수요처를 연결하는 수요처측 상측 유동관;
상기 축열조 하부와 상기 수요처 사이를 상대적 저온의 순환 유체가 유동하도록, 상기 축열조 하부와 상기 수요처를 연결하는 수요처측 하측 유동관;
상기 수요처측 상측 유동관과 상기 수요처측 하측 유동관 중 어느 하나에 설치되는 제 3 삼방 밸브; 및
상기 수요처측 상측 유동관과 상기 수요처측 하측 유동관 중 상기 제 3 삼방 밸브가 설치되지 아니한 유동관과 상기 제 3 삼방 밸브를 연결하는 제 3 삼방 밸브 연결관;을 포함하여,
상기 축열조로 재유입되는 순환 유체 중 일부가 상기 제 3 삼방 밸브 연결관을 통해 상기 축열조에서 상기 수요처를 향해 유출되는 순환 유체와 혼합되어, 상기 수요처를 경유한 후 상기 수요처측 상측 유동관과 상기 수요처측 하측 유동관 중 어느 하나를 통해 상기 축열조로 재유입되는 순환 유체의 온도가 요구되는 축열조 유입 온도로 맞추어질 수 있도록, 상기 제 3 삼방 밸브가 작동되는 것을 특징으로 하는 지열 냉난방 장치.The method of claim 1,
A customer-side upper flow pipe connecting the heat storage tank upper part and the customer destination so that a circulating fluid having a relatively high temperature flows between the heat storage tank upper part and the demand destination;
A demand-side lower flow pipe connecting the bottom of the heat storage tank and the demand source so that a circulating fluid having a relatively low temperature flows between the bottom of the heat storage tank and the demand destination;
A third three-way valve installed in any one of the demand-side upper flow pipe and the demand-side lower flow pipe; And
And a third three-way valve connecting pipe connecting the third three-way valve and the flow pipe in which the third three-way valve is not installed among the demand-side upper flow pipe and the demand-side lower flow pipe.
A portion of the circulating fluid re-introduced into the heat storage tank is mixed with the circulating fluid flowing out of the heat storage tank toward the demand destination through the third three-way valve connecting pipe, and passes through the demand destination, and then the demand-side upper flow pipe and the demand destination And the third three-way valve is operated such that the temperature of the circulating fluid re-introduced into the heat storage tank through any one of the lower flow pipes can be adjusted to the required heat storage tank inlet temperature.
상기 수요처는 복수 개로 구성되고,
상기 지열 냉난방 장치는
상기 축열조 상부와 상기 수요처 사이를 상대적 고온의 순환 유체가 유동하도록, 상기 축열조 상부와 상기 수요처를 연결하는 수요처측 상측 유동관;
상기 축열조 하부와 상기 수요처 사이를 상대적 저온의 순환 유체가 유동하도록, 상기 축열조 하부와 상기 수요처를 연결하는 수요처측 하측 유동관;
상기 수요처측 상측 유동관과 상기 수요처측 하측 유동관을 따라 상기 축열조에서 상기 수요처로 순환 유체를 유동시키는 부하 공급 펌프;
상기 수요처측 상측 유동관과 상기 수요처측 하측 유동관보다 상대적으로 큰 직경을 가지고, 상기 순환 유체의 유동 방향을 기준으로 상기 복수 개의 수요처 중 최말단의 수요처에서 상기 수요처측 상측 유동관 및 상기 수요처측 하측 유동관과 각각 양단이 연결되어, 상기 순환 유체가 상기 최말단의 수요처를 바이패스할 수 있도록 하는 바이패스관; 및
상기 바이패스관을 개폐시키는 바이패스관 개폐 밸브;를 포함하여,
상기 부하 공급 펌프의 작동 초기에 상기 수요처측 상측 유동관과 상기 수요처측 하측 유동관 내에 잔존하는 순환 유체가 상기 축열조로 재유입되는 속도가 상기 순환 유체가 상기 바이패스관를 비경유하는 경우보다 상대적으로 커질 수 있도록, 상기 부하 공급 펌프가 작동되면, 상기 바이패스관 개폐 밸브가 상기 바이패스관을 여는 것을 특징으로 하는 지열 냉난방 장치.The method of claim 1,
The demand destination is composed of a plurality,
The geothermal heating and cooling device
A customer-side upper flow pipe connecting the heat storage tank upper part and the customer destination so that a circulating fluid having a relatively high temperature flows between the heat storage tank upper part and the demand destination;
A demand-side lower flow pipe connecting the bottom of the heat storage tank and the demand source so that a circulating fluid having a relatively low temperature flows between the bottom of the heat storage tank and the demand destination;
A load supply pump for flowing a circulating fluid from the heat storage tank to the demand destination along the demand-side upper flow pipe and the demand-side lower flow pipe;
A larger diameter than the demand-side upper flow tube and the demand-side lower flow tube, and the demand-side upper flow tube and the demand-side lower flow tube at the end of the plurality of demand sources based on the flow direction of the circulating fluid; A bypass pipe connected at both ends to allow the circulating fluid to bypass the last demand source; And
Including; bypass pipe opening and closing valve for opening and closing the bypass pipe;
In the initial operation of the load supply pump, the rate at which the circulating fluid remaining in the demand-side upper flow pipe and the demand-side lower flow pipe is re-introduced into the heat storage tank may be relatively larger than when the circulating fluid does not pass through the bypass pipe. And the bypass pipe opening / closing valve opens the bypass pipe when the load supply pump is operated.
상기 지열 냉난방 장치는 상기 바이패스관 내를 유동하는 상기 순환 유체의 온도를 감지하는 온도 감지 센서;를 포함하여,
상기 온도 감지 센서에서 감지되는 상기 순환 유체의 온도가 요구 온도에 도달된 경우, 상기 바이패스관 개폐 밸브가 상기 바이패스관을 닫는 것을 특징으로 하는 지열 냉난방 장치.
The method of claim 4, wherein
The geothermal heating and cooling device includes a temperature sensor for sensing the temperature of the circulating fluid flowing through the bypass pipe;
And the bypass pipe opening / closing valve closes the bypass pipe when the temperature of the circulating fluid detected by the temperature sensing sensor reaches a required temperature.
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