KR20130002032A - 제습 기능을 구비한 열펌프 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제습 기능을 구비한 열펌프 시스템에 관한 것으로, 특히 기존 지중열원 열펌프 시스템의 열교환방식인 액체의 방식이 아닌 공기를 사용하므로 천공홀이 하나만 포함되는 등 구조가 간단하고, 냉각 제습 방식에 의하여 제습량의 조절도 가능한 제습 기능을 구비한 열펌프 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 제습 기능을 구비한 열펌프 시스템은, 대지에 위치한 건축물; 상기 건축물과 상기 대지에 인접하여 구비되어 상기 지중공기를 상기 건축물로 공급하며, 증발기 및 응축기를 포함하는 열펌프; 및 상기 지중으로부터 상기 열펌프까지 연장되는 지중 파이프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

제습 기능을 구비한 열펌프 시스템{HEAT PUMP SYSTEM HAVING DEHUMIDIFICATION FUNCTION}

본 발명은 제습 기능을 구비한 열펌프 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 지중공기열원의 수분을 제거하는 제습기능과 제습된 공기를 이용하여 난방에 이용할 수 있는 열펌프 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 주택이나 시설원예 등의 건축물에는 사계절 내내 쾌적한 분위기에서 생활할 수 있도록 냉방 및 난방을 수행하는 냉난방 장치가 구비된다. 특수한 지역에서는 이러한 냉난방 장치로서 지중열원(지열)를 이용하는 장치인 열펌프가 이용되고 있다.

종래의 지중열원을 이용한 열펌프 시스템은 지중열원을 이용하기 위해 액체를 이용하는 것이 대부분이었다. 그런데 이러한 액체를 이용한 열펌프 시스템은 액체의 누수 및 부식등으로 인한 파손 시에 열펌프 시스템을 이용할수 없을 뿐 아니라, 액체를 순환시키기 위하여 많은 부품이 필요하며, 또한 지하에서 문제가 발생하였을 경우에 수리가 불가능하다는 단점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 액체가 아닌 기체를 사용하므로 천공홀이 하나만 포함되는 등 구조가 간단하고, 냉각 제습 방식에 의하여 제습량의 조절도 가능한 제습 기능을 구비한 열펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 대지에 위치한 건축물; 상기 건축물과 상기 대지에 인접하여 구비되어 지중열원을 상기 건축물로 공급하며, 증발기 및 응축기를 포함하는 열펌프; 및 상기 대지로부터 상기 열펌프까지 연장되는 지중 파이프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

나아가 상기 증발기는, 상기 지중열원으로부터 공급된 공기에 포함된 습기를 제거하기 위하여 추가적인 장치를 설치하는 것보다는, 지중열원 열펌프의 증발기의 냉각기능을 이용하여 제거하는 제습장치의 기능을 하는 것이 바람직하다.

또한 상기 응축기는, 상기 증발기에서 냉각된 공기를 가열하거나 지중공기 중에 포함된 수분을 응축시키면서 주위 공기를 냉각시키는 것을 특징으로 하며, 상기 응축기는, 상기 증발기에 의해 냉각된 지중공기를 가열시키는 것이 바람직하다.

그리고 상기 응축기는 하나 구비되며, 상기 증발기는 둘 이상 구비될 수 있다.

아울러 상기 증발기는 세 개 구비되는 것이 가장 바람직하다.

나아가 직육면체와 같은 형상으로, 상기 열펌프의 다른 구성들을 지지하며, 상기 지중 파이프를 통해 공급된 공기가 이동하는 경로를 제공하는 댐퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 지중파이프와 연결된 열펌프시스템은 지중공기를 열펌프까지 이동시키기 위해 팬을 더 포함하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 증발기, 상기 응축기 및 상기 팬의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 제습 기능을 구비한 열펌프 시스템은 액체가 아닌 기체를 사용하므로 천공홀이 하나만 포함되는 등 구조가 간단하고, 냉각 제습 방식에 의하여 제습량의 조절도 가능한 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따르는 제습 기능을 구비한 열펌프 시스템을 개략적으로 도시한 도면;
도 2는 도 1에서 열펌프(10) 부분을 도시한 사시도;
도 3은 본 발명에 따르는 제습 기능을 구비한 열펌프 시스템의 냉각 사이클에서 엔탈피와 압력의 관계를 도시한 그래프; 그리고,
도 4는 본 발명에 따르는 제습 기능을 구비한 열펌프 시스템에서의 공기선도를 도시한 그래프이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 제습 기능을 구비한 열펌프 시스템의 일실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따르는 제습 기능을 구비한 열펌프 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따르는 열펌프 시스템은 대지(40) 상에 위치한 건축물(30)과, 건축물(30) 측면에 구비된 열펌프(10)를 포함한다. 건축물(30)은 열펌프(10)와 연결되고, 열펌프(10)는 지중 파이프(20)에 의해 대지(40)까지 연결된 구조를 갖는다.

여기서 공기열원이 이동하는 경로를 살펴보면, 대지(40)는 지중 파이프(20)를 통해 열펌프(10)로 연결되며, 대지(40)에서 암석 사이에 위치한 공간에 위치하던 공기는 지중 파이프(20)에 의하여 열펌프(10)를 통하여 건축물(30) 내부로 이동하게 된다. 이 결과 대지(40)로부터 겨울에는 따듯한 공기가, 여름에는 시원한 공기가 건축물(30)로 공급될 수 있다.

본 발명에 따르는 제습 기능을 구비한 열펌프 시스템은 도 1에 도시된 열펌프(10)를 포함하며, 이 열펌프(10)는 제습 기능을 갖는 것을 특징으로 한다. 도 1에서 열펌프(10) 부분을 도시한 사시도인 도 2를 참조하여 열펌프(10)의 구체적인 구성을 설명하면 다음과 같다.

도 2를 참조하면, 열펌프(10)는 댐퍼(12), 팬(14), 증발기(16), 응축기(19) 및 제어부(19)를 포함한다. 댐퍼(12)는 대략 직육면체와 같은 형상으로, 열펌프(10)의 다른 구성들을 지지하는 하우징(housing) 역할을 함과 동시에 지중 파이프(20)를 통해 공급된 공기가 이동하는 경로를 제공하는 구성이다. 팬(14; fan)은 지중 파이프(20)과 열펌프(10)가 연결되는 단부에 구비되며, 회전함으로써 대지(40)의 공기가 열펌프(10)까지 이동하도록 하는 구성이다. 증발기(16) 및 응축기(18)는 열펌프(10)에서 건축물(30) 측에 인접하여 구비되며, 증발기(16)는 액체를 기체 상태로 증발시키면서 주위 공기를 냉각시키는 구성이고, 응축기(18)는 기체를 액체 상태로 액화시키면서 주위 공기를 가열시키는 구성이다. 여기서 응축기(18)는 하나만 구비되는 것이 바람직하나, 증발기(16)는 둘 이상 바람직하게는 세 개 구비되고, 각각의 증발기(16)의 작동 조정이 가능한 것이 바람직하다. 그리고 증발기(16) 및 응축기(18)에서 증발 또는 액화되는 기체 혹은 액체는 별도로 구비된 냉매(미도시)인 것이 바람직하고, 상기 증발기는 지중공기 중에 포함된 수분을 응축시키면서 주위 공기를 냉각시키는 것도 가능하다.

증발기(16)와 응축기(18)는 도시되지 않은 압축기(미도시) 및 팽창밸브(미도시)와 함께 냉각 사이클 작동시키며, 이 중 증발기(16)에서 이루어지는 냉각 작용에 의해 대지(40)로부터 공급된 공기를 제습하는 기능이 수행된다. 도 2와 같이 증발기(16)가 세 개 구비될 경우, 증발기(16)를 하나, 둘 혹은 셋 모두 작동시킴에 따라 제습의 강도 또한 1단, 2단 및 3단의 세 단계로 작동될 수 있다.

나아가 열펌프(10)의 일측에는 제어부(19)가 구비되어, 다수의 증발기(16)는 물론 응축기(18) 혹은 팬(14) 등 열펌프(10)의 각종 구성요소들의 동작을 제어하는 것이 가능하게 된다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따르는 제습 기능을 구비한 열펌프 시스템은 대지(40)로부터 공급된 비교적 습한 공기를, 증발기(16)에서 냉각시킴으로써 제습을 수행하고, 이후 응축기(18)에서 자연적으로 일부 가열시킴으로써 건축물(30) 내부로 비교적 건조하고 차거나 따듯한 공기를 공급할 수 있게 된다. 이 때 대지(40)의 공기는 지상 공기에 비하여 겨울에는 따듯하고 여름에는 시원하기 때문에, 이 따듯하거나 시원한 공기가 제습되면서 건축물(30) 내부로 공급되는 효과를 제공할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따르는 제습 기능을 구비한 열펌프 시스템의 냉각 사이클에서 엔탈피와 압력의 관계를 도시한 그래프이다. 도 3에는 본 발명에 따르는 제습 기능을 구비한 열펌프 시스템에서의 냉각 사이클(압축-응축-팽창-증발)이 도시되어 있다. 그리고 다수의 증발기(16)를 작동시킴에 따라, 1단 제습((A), 증발기가 하나만 작동하는 상태), 2단 제습((B), 증발기가 두 개 작동하는 상태) 및 3단 제습((C), 증발기가 세 개 작동하는 상태)에 의하여 공기가 증발하는 모습을 도시한다.

한편, 도 4는 본 발명에 따르는 제습 기능을 구비한 열펌프 시스템에서의 공기선도를 도시한 그래프이다. 도 4를 참조하면, 최초 대지(40) 내의 지하공기는 습도가 약 80%로서 매우 습한 공기이나, 본 발명에 따르는제습 기능을 구비한 열펌프 시스템을 통과하면서 제습이 이루어지고, 결국 건축물(30)에는 습도가 약 30%인 낮은 습도의 공기가 제공될 수 있게 된다.

이와 같이 공기열원 제습한 후 건축물(30)로 공급하는 기능을 구비한 제습 기능을 구비한 열펌프 시스템을 대한민국 제주도와 같은 화산지역에서 비닐하우스와 같은 건축물(30)에 설치하여 작동시킬 경우, 우수한 시설원예 효과를 얻을 수 있다. 화산지역의 경우 상대습도는 100% 정도로 높고 이산화탄소 비율이 높은 공기가 대지(40) 속에 위치하는데, 이러한 공기열원을 제습하여 시설원예에 사용할 경우 겨울철 난방비를 감소시킬 뿐만 아니라 농작물의 성장촉진 효과도 제공할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정하는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 당업자에게 자명하다고 할 수 있는 바, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속하는 것이다.

10 : 열펌프 12 : 댐퍼(damper)
14 : 팬(fan) 16 : 증발기
18 : 응축기 19 : 제어부
20 : 지중 파이프 30 : 건축물
40 : 대지

Claims (10)

1. 대지에 위치한 건축물;
   상기 건축물과 상기 대지에 인접하여 구비되어 지중열원을 상기 건축물로 공급하며, 증발기 및 응축기를 포함하는 열펌프; 및
   상기 대지로부터 상기 열펌프까지 연장되는 지중 파이프
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 제습 기능을 구비한 열펌프 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 증발기는, 상기 지중공기를 이용한 냉각 기능 및 제습 기능을 구비한 열펌프 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 증발기는, 지중공기 중에 포함된 수분을 응축시키면서 주위 공기를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 제습 기능을 구비한 열펌프 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 응축기는, 상기 증발기에서 냉각된 공기를 가열하는 것을 특징으로 하는 제습 기능을 구비한 열펌프 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 응축기는, 상기 증발기에 의해 냉각된 지중공기를 가열하는 것을 특징으로 하는 제습 기능을 구비한 열펌프 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 응축기는 하나 구비되며,
   상기 증발기는 둘 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 제습 기능을 구비한 열펌프 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 증발기는 세 개 구비되는 것을 특징으로 하는 제습 기능을 구비한 열펌프 시스템.
8. 제1항에 있어서,
   직육면체와 같은 형상으로, 상기 열펌프의 다른 구성들을 지지하며, 상기 지중 파이프를 통해 공급된 공기가 이동하는 경로를 제공하는 댐퍼
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제습 기능을 구비한 열펌프 시스템.
9. 제1항에 있어서,
   상기 지중 파이프와 상기 열펌프가 연결되는 단부에 구비되며, 회전 가능하여 상기 지중공기를 상기 열펌프까지 이동시키는 팬
   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제습 기능을 구비한 열펌프 시스템.
10. 제1항에 있어서,
    상기 증발기, 상기 응축기 및 상기 팬의 동작을 제어하는 제어부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제습 기능을 구비한 열펌프 시스템.

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