KR20150014005A - 태양열과 지열을 이용한 하이브리드 냉난방 시스템 - Google Patents

태양열과 지열을 이용한 하이브리드 냉난방 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 하이브리드 냉난방 시스템은, 계절에 관계없이 태양과 지중의 열을 모두 이용가능함으로써, 냉난방 성능 및 효율이 향상될 수 있다. 또한, 여름철 냉방 운전시, 태양열을 흡수식 냉난방기에 이용하고, 상기 흡수식 냉난방기에서 발생된 열기는 지중에 저장하고, 상기 흡수식 냉난방기에서 발생된 냉기를 냉방에 이용함으로써, 충분한 냉방 성능이 확보될 수 있을 뿐만 아니라, 에너지 이용이 보다 효율적으로 이루어질 수 있다. 또한, 겨울철 난방 운전시와 같이 일사량이 부족한 경우, 태양열 뿐만 아니라 여름철에 저장해 둔 지중의 열을 난방에 이용함으로써, 충분한 난방 성능이 확보될 수 있다.

Description

태양열과 지열을 이용한 하이브리드 냉난방 시스템{Hybrid cooling and heating system using solar heat and geothermal heat}
본 발명은 하이브리드 냉난방 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양열과 지열을 이용하여 건물 내부를 냉난방시킬 수 있는 하이브리드 냉난방 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 건물용 냉난방 시스템은, 냉매를 압축, 응축, 팽창, 증발시키는 과정을 수행하여 건물의 실내 공간을 냉방 또는 난방시키는 히트 펌프를 포함한다. 상기 히트 펌프는, 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기를 포함하여 냉매를 순환하는 냉동사이클을 수행하는 장치이다. 상기 히트 펌프는 사방밸브를 더 포함하여, 사방밸브의 개폐 방향에 따라 냉매의 흐름이 바뀌면서 냉방 및 난방이 선택적으로 이루어진다. 그러나, 상기 히트 펌프는 상기 압축기를 작동시키기 위한 전력 소모가 크고, 냉난방 요구 부하의 변동시 대응하기 어려운 문제점이 있다.
최근에는, 대체에너지의 개발로 태양열(Solar heat)을 이용하거나 지중 속의 열기 또는 냉기를 활용하는 냉난방 시스템에 대한 개발이 지속되고 있다.
그러나, 태양열의 경우 겨울철에는 일사량이 부족하여 난방 용량에 대응하는 데 한계가 있는 문제점이 있다. 또한, 선출원된 등록특허공보 10-0496895호에는 지열을 이용한 히트펌프식 냉난방장치를 개시하고 있으나, 지중과 열전달 유체와 충분한 온도차가 나지 않을 경우 난방시 지중으로부터 열을 충분히 흡수하지 못하거나 냉방시 지중으로 열을 충분히 방출하지 못하는 문제점이 있다. 따라서, 태양열 또는 지중의 열기 또는 냉기만으로 냉,난방 용량에 대응하는 데 한계가 있는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 계절에 관계없이 냉난방 성능 및 효율이 향상될 수 있는 하이브리드 냉난방 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 냉난방 시스템은, 태양열을 저장하는 열 저장부와, 흡수기, 재생기, 응축기 및 증발기를 포함하고, 냉방 운전시 상기 열 저장부의 열기를 상기 재생기의 열원으로 사용하는 흡수식 냉난방기와, 지중에 설치되어, 냉방 운전시 상기 흡수기와 상기 응축기 중 어느 하나에서 흡수한 열기를 지중에 저장하는 지중 열교환기와, 냉방 운전시 상기 증발기에서 발생된 냉기를 열수요처에 전달하는 냉방유로와, 난방 운전시 상기 열 저장부에 저장된 열기를 상기 열수요처에 전달하는 난방유로를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 하이브리드 냉난방 시스템은, 태양열을 저장하는 열 저장부와, 흡수기, 재생기, 응축기 및 증발기를 포함하고, 냉방 운전시 상기 열 저장부의 열기를 상기 재생기의 열원으로 사용하는 흡수식 냉난방기와, 지중에 설치되어, 냉방 운전시 상기 흡수기와 상기 응축기 중 어느 하나에서 흡수한 열기를 지중에 저장하는 지중 열교환기와, 상기 열 저장부와 상기 지중 열교환기를 연결하여, 난방 운전시 상기 지중 열교환기에서 열교환된 열전달 유체가 상기 열 저장부에 열을 전달한 후 상기 지중 열교환기로 순환하도록 안내하는 열전달 유로와, 상기 열 저장부와 상기 재생기를 연결하여, 냉방 운전시 상기 열 저장부의 열기를 상기 재생기로 안내하는 재생기 가열유로와, 상기 흡수기와 상기 응축기 중 적어도 하나와 상기 지중 열교환기를 연결하여, 냉방 운전시 상기 지중 열교환기에서 열교환된 열전달 유체가 상기 흡수기 및 상기 재생기를 냉각시키도록 안내하는 냉각유로와, 상기 증발기와 상기 열수요처를 연결하여, 냉방 운전시 상기 증발기에서 발생된 냉기를 열수요처에 전달하는 냉방유로와, 상기 열 저장부와 상기 열수요처를 연결하여, 난방 운전시 상기 열 저장부에 저장된 열기를 상기 열수요처에 전달하는 난방유로를 포함한다.
본 발명에 따른 하이브리드 냉난방 시스템은, 계절에 관계없이 태양과 지중의 열을 모두 이용가능함으로써, 냉난방 성능 및 효율이 향상될 수 있다.
또한, 여름철 냉방 운전시, 태양열을 흡수식 냉난방기에 이용하고, 상기 흡수식 냉난방기에서 발생된 열기는 지중에 저장하고, 상기 흡수식 냉난방기에서 발생된 냉기를 냉방에 이용함으로써, 충분한 냉방 성능이 확보될 수 있을 뿐만 아니라, 에너지 이용이 보다 효율적으로 이루어질 수 있다.
또한, 겨울철 난방 운전시와 같이 일사량이 부족한 경우, 태양열 뿐만 아니라 여름철에 저장해 둔 지중의 열을 난방에 이용함으로써, 충분한 난방 성능이 확보될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 냉난방시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1에서, 여름철 냉방 운전시 냉매 흐름이 도시된 도면이다.
도 3은 도 1에서, 겨울철 난방 운전시 냉매 흐름이 도시된 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 냉난방 시스템은, 열 저장부(10), 흡수식 냉난방기(20), 지중 열교환기(30), 열수요처(40), 냉방 유로(90)및 난방 유로(100)를 포함한다.
상기 열 저장부(10)는, 태양열을 일시 저장하는 저장공간이다. 상기 열 저장부(10)는 태양열을 모아주는 집열기(12)의 열을 전달받아 온수가 저장되는 온수 탱크인 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 열 저장부(10)와 상기 집열기(12)는 태양열전달 유로(11)로 연결된다. 상기 열 저장부(10)는 상기 지중 열교환기(30)와 열전달 유로(50)로 연결된다.
상기 열전달 유로(50)는, 상기 열 저장부(10)와 상기 지중 열교환기(30)를 연결하는 유로이다. 상기 열전달 유로(50)는, 겨울철이거나 실외 온도가 제2설정온도 미만이고, 상기 열 수요처(40)가 난방 운전시 상기 지중 열교환기(30)에서 열교환되어 가열된 열전달 유체를 상기 열 저장부(10)로 안내하고, 상기 열 저장부(10)로 열을 전달한 열전달 유체를 상기 지중 열교환기(30)로 안내한다. 상기 제2설정온도는 겨울철이 아니더라도 상기 열 수요처(40)의 난방 운전을 필요로 하거나 일사량이 비교적 낮은 정도의 외기 온도로 설정될 수 있다. 즉, 봄이나 가을철에도 외기온도가 상기 제2설정온도 미만이면, 겨울철과 같이 작동시킬 수 있다. 이하, 실외 온도가 제2설정온도 미만인 경우는 겨울철인 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 열전달 유로(50)는, 상기 열 저장부(10)의 출구측과 상기 지중 열교환기(30)를 연결하는 제1열전달 유로(51)와, 상기 열 저장부(10)의 입구측과 상기 지중 열교환기(30)를 연결하는 제2열전달 유로(52)로 연결된다.
상기 제1,2열전달 유로(51)(52)에는, 상기 열 수요처(40)의 냉방 운전시 상기 열 저장부(10)의 열기가 상기 지중 열교환기로 공급되는 것을 차단하는 제1,2열전달 개폐밸브(53)(54)가 각각 설치된다. 상기 제1,2열전달 개폐밸브(53)(54)는, 상기 제1,2열전달 유로(51)(52) 중에서 후술하는 재생기 가열유로(60)와 제1냉각유로(70)가 각각 연결된 지점들 사이에 설치된다.
상기 흡수식 냉난방기(20)는, 흡수기(21), 재생기(22), 응축기(23) 및 증발기(24)를 포함한다. 상기 흡수식 냉난방기(20)는, 상기 하이브리드 냉난방 시스템의 냉방 작동시에만 가동되고, 난방 작동시에는 가동하지 않는 것으로 설명한다.
상기 흡수기(21)는, 상기 증발기(24)에서 증발된 냉매 증기를 유입하여 냉매-흡수제 혼합물에 흡수시킨다. 상기 냉매-흡수제 혼합물은 서로 증발압이 다른 2종류의 냉매가 혼합된 변온증발 혼합냉매이다. 상기 냉매-흡수제 혼합물은 물-LiBr조합, 암모니아(NH3)-물 조합 등 다양한 조합이 가능하다. 상기 흡수기(21)는 냉매 증기를 흡수하는 과정에서 흡수열을 발생시킨다. 상기 흡수기(21)에서 발생된 흡수열은 후술하는 제2냉각유로(80)를 통해 상기 지중 열교환기(30)에 저장된다.
상기 재생기(22)는, 상기 흡수기(21)로부터 토출된 냉매-흡수제 혼합물로부터 냉매를 일부 증발시킨다. 상기 재생기(22)와 상기 흡수기(21)는 흡수기 토출유로(25)로 연결된다. 상기 재생기(22)와 상기 응축기(23)는 재생기 토출유로(26)로 연결되어, 상기 재생기(22)에서 증발된 냉매 증기는 상기 응축기(23)로 토출된다. 상기 재생기(22)는 냉매의 증발 작용을 위해 별도의 열원이 필요한 바, 상기 열 저장부(10)로부터 열을 공급받는다. 상기 재생기(22)와 상기 열 저장부(10)는 재생기 가열유로(60)로 연결된다.
상기 재생기 가열유로(60)는, 상기 열전달 유로(50)에서 바이패스되어, 여름철이거나 실외 온도가 제1설정 온도 이상이고, 상기 열 수요처(40)의 냉방 운전시 상기 열 저장부(10)의 열기를 상기 재생기(22)로 안내한다. 상기 제1설정 온도는 여름철이 아니더라도 상기 열 수요처(40)가 냉방 운전을 필요로 하거나 일사량이 비교적 높은 날씨의 외기 온도이다. 즉, 봄이나 가을철에도 외기온도가 상기 제1설정온도 이상이면, 여름철과 같이 작동시킬 수 있다. 이하, 실외 온도가 제1설정온도 이상인 경우는 여름철인 것으로 예를 들어 설명한다.
즉, 상기 재생기 가열유로(60)는, 여름철 냉방 운전시 상기 제1열전달 유로(51)에서 바이패스되어 상기 열 저장부(10)에서 가열된 열전달 유체를 상기 재생기(22)로 안내하는 제1재생기 가열유로(61)와, 상기 재생기(22)에서 열교환되어 냉각된 열전달 유체를 상기 열 저장부(10)로 안내하는 제2재생기 가열유로(62)로 이루어진다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 재생기 가열유로(60)는 상기 열전달 유로(50)와 별도로 형성되어, 상기 재생기(22)와 상기 열 저장부(10)를 직접 연결하는 것도 물론 가능하다.
상기 제1재생기 가열유로(61)에는 제1재생기 개폐밸브(63)가 설치되고, 상기 제2재생기 가열유로(62)에는 제2재생기 개폐밸브(64)가 설치된다.
상기 응축기(23)는, 상기 재생기(22)로부터 유입된 냉매를 응축시킨다. 상기 응축기(23)에서 응축된 냉매는 상기 증발기(24)로 토출된다. 상기 응축기(23)와 상기 증발기(24)는 응축기 토출유로(27)로 연결된다. 상기 응축기(23)에는 상기 열전달 유로(50) 중에서 상기 지중 열교환기(30)의 출구측에서 바이패스된 냉각유로(70)(80)가 연결된다.
상기 냉각유로(70)(80)는, 상기 지중 열교환기(30)에서 열교환되어 냉각된 열전달 유체가 상기 응축기(23)와 상기 흡수기(21) 중 적어도 하나를 냉각시키도록 안내하는 유로이다. 상기 냉각유로(70)(80)는, 상기 제1열전달 유로(51)에서 바이패스되어 상기 응축기(23)를 순환하도록 형성된 제1냉각유로(70)와, 상기 제1냉각유로(70)에서 바이패스되어 상기 흡수기(21)를 순환하도록 형성된 제2냉각유로(80)로 이루어진 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 냉각유로는, 상기 흡수기(21)와 상기 응축기(23)를 차례로 통과하도록 형성되는 것도 가능하고, 상기 흡수기(21)와 상기 응축기(23)를 각각 통과하도록 형성되는 것도 물론 가능하다.
상기 제1냉각유로(70)는, 여름철 냉방 운전시 상기 응축기(23)를 냉각시킨 열전달 유체를 상기 제1열전달 유로(51)로 안내하는 제1응축기 냉각유로(71)와, 상기 지중 열교환기(30)에서 열교환되어 냉각된 열전달 유체를 상기 응축기(23)로 안내하는 제2응축기 냉각유로(72)로 이루어진다.
상기 제1응축기 냉각유로(71)에는 제1냉각유로 개폐밸브(73)가 설치되고, 상기 제2응축기 냉각유로(72)에는 제2냉각유로 개폐밸브(74)가 설치된다.
상기 제2냉각유로(80)는, 상기 흡수기(21)와 상기 제1응축기 냉각유로(71)를 연결하여 상기 흡수기(21)를 냉각시킨 열전달 유체를 상기 제1응축기 냉각유로(71)로 안내하는 제1흡수기 냉각유로(81)와, 상기 제2응축기 냉각유로(71)와 상기 흡수기(21)를 연결하여 상기 제2응축기 냉각유로(71)로 유입된 열전달 유체를 상기 흡수기(21)로 안내하는 제2흡수기 냉각유로(82)로 이루어진다.
상기 증발기(24)는, 상기 응축기(23)에서 응축되어 나온 냉매를 증발시킨다. 상기 증발기(24)와 상기 흡수기(21)는 증발기 토출유로(28)로 연결되어, 상기 증발기(24)에서 증발된 냉매 증기는 상기 흡수기(21)로 토출된다.
상기 지중 열교환기(30)는 지중에 설치되어, 지중과 열교환하도록 형성된 열교환기이다. 상기 지중 열교환기(30)는 지중에 존재하는 열기 또는 냉기를 이용하는 것 외에도 지중으로 열기 또는 냉기를 저장할 수 있도록 구비된다. 상기 지중 열교환기(30)는 지상의 온도에 영향을 받지 않을 정도의 깊이로 매설되는 것이 바람직하다. 소정의 깊이 이상의 지하에서는 온도 변화가 거의 없으므로, 지상의 온도에 영향을 받지 않고 열기를 저장할 수 있다. 상기 지중 열교환기(30)는 파이프 형태로 이루어질 수 있다.
상기 지중 열교환기(30)는 상기 열전달 유로(50)에 의해 연결된다. 상기 지중 열교환기(30)는, 냉방 운전시에는 상기 흡수식 냉난방기(20)의 상기 흡수기(21)와 상기 응축기(22)에서 흡수한 열기를 전달받아 지중에 저장하고, 난방 운전시에는 지중에 저장된 열기를 상기 열 저장부(10)에 공급할 수 있다.
상기 열수요처(40)는 지상에 설치되어 냉,난방을 필요로 하는 건물이며, 집합 건물이나 복수층으로 이루어진 고층 빌딩 등을 포함할 수 있다.
상기 냉방 유로(90)는, 여름철 냉방 운전시 상기 증발기(24)에서 발생된 냉기를 상기 열수요처(40)로 전달하는 유로이다. 상기 냉방 유로(90)에는 상기 증발기(24)에서 열교환된 열전달 유체의 냉기를 저장하였다가 상기 열수요처(40)로 공급하는 축냉기(95)가 설치된다. 상기 냉방 유로(90)는 상기 증발기(24)와 상기 축냉기를 연결하는 제1냉방 유로(91)와, 상기 축냉기(95)와 상기 열수요처(40)측을 연결하는 제2냉방 유로(92)로 이루어진다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 증발기(24)와 상기 열수요처(40)가 하나의 유로로 직접 연결되는 것도 물로 가능하다. 또한, 본 실시예에서는, 상기 제2냉방 유로(92)가 상기 난방 유로(100)로 연결되는 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 상기 제2냉방 유로(92)가 상기 난방 유로(100)와 별도로 상기 열수요처(40)에 연결되는 것도 물론 가능하다.
상기 제2냉방 유로(92)에는 여름철 냉방 운전시 개방되고, 겨울철 난방 운전시 차폐되는 냉방 개폐밸브(93)(94)가 설치된다.
상기 난방 유로(100)는, 겨울철 난방 운전시 상기 열 저장부(10)에 저장된 열기를 상기 열수요처(40)에 전달하는 유로이다. 상기 난방 유로(100)는, 상기 열 저장부(10)에서 열교환되어 가열된 열전달 유체를 상기 열수요처(40)로 공급하는 제1난방유로(101)와, 상기 열수요처(40)에 열을 빼앗겨 냉각된 열전달 유체를 상기 열 저장부(10)로 다시 안내하는 제2난방유로(102)로 이루어진다.
상기 제1난방유로(101)에는 제1난방 개폐밸브(103)가 설치되고, 상기 제2난방유로(102)에는 제2난방 개폐밸브(104)가 설치된다. 상기 제1,2난방 개폐밸브(103)는 난방 운전시 개방되고, 냉방 운전시 차폐된다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 난방유로(100)에서 상기 제2냉방유로(92)가 연결된 지점들에 삼방밸브가 설치되는 것도 물론 가능하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 냉난방 시스템의 작동은 다음과 같다.
태양열은 상기 집열기(12)를 통해 상기 열 저장부(10)에 흡수된다. 상기 열 저장부(10)에 흡수된 열은, 상기 열 저장부(10)내에 저장된 온수를 가열한다.
여름철 등과 같이 태양열이 매우 강하고 외기 온도가 상기 제1설정 온도 이상인 경우, 상기 열수요처(40)인 견물에서는 냉방 운전을 필요로 한다.
상기 열수요처(40)의 냉방 운전시, 상기 흡수식 냉난방기(20)를 작동시킨다.
상기 흡수식 냉난방기(20)가 작동되면, 상기 제1,2열전달 개폐밸브(53)(54)가 차폐되고, 상기 제1,2재생기 개폐밸브(63)(64)가 개방된다.
상기 제1,2재생기 개폐밸브(63)(64)가 개방되면, 상기 열 저장부(10)의 온수는 상기 제1재생기 가열유로(61)를 통해 상기 재생기(22)로 공급된다. 즉, 상기 열 저장부(10)의 온수는 상기 제1재생기 가열유로(61)를 통해 상기 재생기(20)로 공급되어, 상기 재생기(20)를 가열하는 열원으로 사용된다. 상기 재생기(20)에서 열교환되어 열을 빼앗긴 온수는 상기 제2재생기 가열유로(62)를 통해 다시 상기 열 저장부(10)로 순환한다.
또한, 상기 흡수식 냉난방기(20)가 작동되면, 상기 제1,2냉각유로 개폐밸브(73)(74)가 개방된다. 상기 제1,2냉각유로 개폐밸브(73)(74)가 개방되면, 상기 지중 열교환기(30)와 상기 응축기(23) 및 상기 흡수기(21)가 유로로 연결된다. 상기 응축기(23)에서는 냉매 증기가 응축되면서 응축열이 발생되고, 상기 흡수기(21)에는 냉매 증기가 냉매-흡수제 혼합물에 흡수되면서 흡수열이 발생된다. 상기 제2응축기 냉각유로(72)내의 열전달 유체 중 일부는 상기 응축기(23)로 유입되고, 나머지는 상기 흡수기(21)로 유입된다. 여기서, 상기 열전달 유체는 물인 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 응축기(23)로 유입된 열전달 유체는, 상기 응축기(23)를 통과하면서 열교환되어 상기 응축기(23)를 냉각시키고 상기 응축열을 흡수한다. 상기 흡수기(21)로 유입된 열전달 유체는, 상기 흡수기(21)를 통과하면서 열교환되어 상기 흡수기(21)를 냉각시키고 상기 흡수열을 흡수한다.
상기 응축열과 상기 흡수열을 흡수한 열전달 유체는 상기 제1응축기 냉각유로(71)로 토출되어, 상기 지중 열교환기(30)로 공급된다. 상기 응축기(23)와 상기 흡수기(21)에서 열을 흡수한 열전달 유체의 온도는 상기 지중의 온도보다 비교적 높기 때문에, 상기 지중 열교환기(30)에서 상기 지중과 열교환되어 냉각된다. 상기 지중에는 상기 열전달 유체가 흡수한 열이 저장된다. 상기 지중 열교환기(30)에서 냉각된 열전달 유체는 다시 상기 응축기(23)와 상기 흡수기(21)로 순환한다. 상기 지중에 저장된 열은 후술하는 난방 운전시 사용될 수 있으며, 이에 대해서는 뒤에서 상세히 설명한다.
또한, 상기 흡수식 냉난방기(20)가 작동시, 상기 제1,2난방 개폐밸브(103)(104)는 차폐되고, 상기 냉방 개폐밸브(93)(94)는 개방된다. 상기 제1,2난방 개폐밸브(103)(104)는 차폐되고, 상기 냉방 개폐밸브(93)(94)는 개방되면, 상기 열 저장부(10)와 상기 열수요처(40)의 유로는 차폐되고, 상기 축냉기(95)와 상기 열수요처(40)의 유로가 개방되어, 상기 열수요처(40)는 상기 축냉기(95)로부터 냉기를 공급받을 수 있다. 상기 축냉기(95)는, 상기 증발기(91)에서 열교환되어 냉각된 열전달 유체로부터 냉기를 공급받아 저장한다.
상기와 같이, 여름철 등 냉방 운전시, 상기 태양열은 상기 열 저장부(10)내에 저장되고, 상기 열 저장부(10)내에 저장된 열기는 상기 흡수식 냉난방기(20)의 재생기(22)를 가열시키는 데 사용된다. 또한, 상기 흡수식 냉난방기(20)의 상기 흡수기(21)와 상기 응축기(23)에서 발생된 열기는 상기 지중 열교환기(30)에 저장한다. 또한, 상기 흡수식 냉난방기(20)의 상기 증발기(24)에서 발생된 냉기는 상기 열수요처(40)에 공급될 수 있다. 따라서, 여름철에도 태양열의 이용이 가능하고, 상기 열 수요처(40)의 냉방도 가능하다.
한편, 겨울철 등과 같이 태양열이 비교적 약하고 외기 온도가 상기 제2설정온도 미만인 경우, 상기 열수요처(40)인 견물에서는 난방 운전을 필요로 한다. 이 때, 상기 흡수식 냉난방기(20)의 작동은 정지된다.
상기 열수요처(40)의 난방 운전시, 상기 제1,2열전달 개폐밸브(53)(54)가 개방되어, 상기 제1,2열전달 유로(51)(52)가 개방된다. 이 때, 상기 제1,2냉각유로 개폐밸브(73)(74)와 상기 제1,2재생기 개폐밸브(63)(64)는 차폐된다.
상기 제1,2열전달 유로(51)(52)가 개방되면, 상기 열 저장부(10)와 상기 지중 열교환기(30)사이에 열전달 유체의 열전달이 이루어진다. 겨울철에는 상기 열 저장부(10)내의 온도보다 상기 지중의 온도가 상대적으로 높기 때문에, 상기 지중 열교환기(30)에서 열전달 유체는 상기 지중의 열을 흡수할 수 있다. 상기 여름철 냉방 운전시 상기 지중 열교환기(30)를 통해 상기 흡수기(21)와 상기 응축기(23)에서 발생된 열기가 상기 지중에 저장되었기 때문에, 상기 지중의 온도가 상기 열 저장부(10)의 온도보다 높다. 상기 지중 열교환기(30)에서 열을 흡수한 열전달 유체는 상기 제2열전달 유로(52)를 통해 상기 열 저장부(10)에 열기를 공급한다. 상기 열 저장부(10)는 상기 태양열과 상기 지중 열교환기(30)로부터 열을 공급받는다.
따라서, 겨울철 등과 같이 태양열이 비교적 약하고 일사량이 부족하더라도 상기 태양열 뿐만 아니라 상기 지중으로부터 열을 공급받을 수 있기 때문에, 상기 열 저장부(10)내의 온도가 난방을 위한 충분한 온도로 상승될 수 있다. 상기 열 저장부(10)는 상기 태양열과 상기 지중의 열을 모두 공급받기 때문에, 보다 높은 온도를 유지할 수 있다.
또한, 난방 운전시, 상기 제1,2난방 개폐밸브(103)(104)가 개방되어, 상기 제1,2난방 유로(101)(102)가 개방된다. 이 때, 상기 냉방 개폐밸브(93)(94)는 차폐된다.
상기 제1,2난방 유로(101)(102)가 개방되면, 상기 열 저장부(10)와 상기 열 수요처(40)사이에 열전달 유체의 열전달이 이루어진다. 즉, 상기 열 저장부(10)내의 온수가 상기 열수요처(40)로 공급되어, 상기 열수요처(40)의 난방이 이루어진다.
상기와 같이, 여름철 냉방 운전하는 경우, 태양열을 흡수식 냉난방기에 이용하고, 상기 흡수식 냉난방기에서 발생된 열기는 지중에 저장하고, 상기 흡수식 냉난방기에서 발생된 냉기를 냉방에 사용할 수 있다.
또한, 겨울철 난방 운전하는 경우, 태양열뿐만 아니라 여름철에 지중에 저장해 둔 열을 이용하여 난방에 사용함으로써, 난방 성능 및 효율이 향상될 수 있다.
따라서, 계절이나 일사량에 관계없이 태양열, 지중의 열을 모두 이용하여 냉,난방이 가능하기 때문에, 시스템의 효율이 향상될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 열 저장부 20: 흡수식 냉난방기
21: 흡수기 22: 재생기
23: 응축기 24: 증발기
30: 지중 열교환기 40: 열 수요처
50: 열전달 유로 60: 재생기 가열유로
70: 제1냉각유로 80: 제2냉각유로
90: 냉방 유로 95: 축냉기
100: 난방 유로

Claims (17)

  1. 태양열을 저장하는 열 저장부와;
    흡수기, 재생기, 응축기 및 증발기를 포함하고, 냉방 운전시 상기 열 저장부의 열기를 상기 재생기의 열원으로 사용하는 흡수식 냉난방기와;
    지중에 설치되어, 냉방 운전시 상기 흡수기와 상기 응축기 중 어느 하나에서 흡수한 열기를 지중에 저장하는 지중 열교환기와;
    냉방 운전시 상기 증발기에서 발생된 냉기를 열수요처에 전달하는 냉방유로와;
    난방 운전시 상기 열 저장부와 상기 지중에 저장된 열기를 상기 열수요처에 전달하는 난방유로를 포함하는 하이브리드 냉난방 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열 저장부와 상기 지중 열교환기를 연결하여, 난방 운전시 상기 지중에 저장된 열기를 상기 열 저장부로 전달하도록 안내하는 열전달 유로를 더 포함하는 하이브리드 냉난방 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 열전달 유로 중 상기 열 저장부의 출구측에서 바이패스되어, 냉방 운전시 상기 열 저장부의 열기를 상기 재생기로 안내하는 재생기 가열유로를 더 포함하는 하이브리드 냉난방 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 재생기 가열유로에는, 냉,난방 운전에 따라 상기 재생기 가열유로를 개폐하는 재생기 개폐밸브가 설치된 하이브리드 냉난방 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 열전달 유로에는, 냉방 운전시 상기 열 저장부의 열기가 상기 지중 열교환기로 공급되는 것을 차단하는 열전달 개폐밸브가 설치된 하이브리드 냉난방 시스템.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 열전달 유로 중 상기 지중 열교환기의 출구측에서 바이패스되어, 냉방 운전시 열전달 유체가 상기 흡수기와 상기 응축기 중 적어도 하나에서 열을 흡수하여 냉각시킨 후 상기 지중 열교환기로 순환하도록 안내하는 냉각유로를 더 포함하는 하이브리드 냉난방 시스템.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 열전달 유로 중 상기 지중 열교환기의 출구측에서 바이패스되어, 냉방 운전시 열전달 유체가 상기 흡수기와 상기 응축기를 차례로 통과하면서 열기를 흡수하여 냉각시킨 후 상기 지중 열교환기로 순환하도록 안내하는 냉각유로를 더 포함하는 하이브리드 냉난방 시스템.
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 냉각유로에는, 냉,난방 운전에 따라 상기 냉각 유로를 개폐하는 냉각유로 개폐밸브가 설치된 하이브리드 냉난방 시스템.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 냉각유로는, 상기 열전달 유로에서 바이패스되어 상기 흡수기와 상기 응축기 중 어느 하나를 순환하도록 연결하는 제1냉각유로와, 상기 제1냉각유로에서 바이패스되어 나머지 하나를 순환하도록 연결하는 제2냉각유로를 포함하는 하이브리드 냉난방 시스템.
  10. 청구항 6에 있어서,
    여름철인 경우, 상기 열 저장부의 열기가 상기 재생기 가열유로를 통해 상기 재생기로 공급되고, 상기 흡수기와 상기 응축기에서 흡수된 열기가 상기 냉각 유로와 상기 지중 열교환기를 통해 상기 지중에 저장되며, 상기 열 수요처의 냉방운전 중이면, 상기 증발기에서 흡수된 냉기는 상기 냉방유로를 통해 상기 열 수요처에 공급되는 하이브리드 냉난방 시스템.
  11. 청구항 6에 있어서,
    겨울철인 경우, 상기 흡수식 냉난방기의 작동이 정지되고, 상기 열 수요처의 난방운전 중이면, 상기 열전달 유로가 개방되어, 상기 지중에 저장된 열기가 상기 지중 열교환기, 상기 열전달 유로 및 상기 열 저장부를 차례로 거쳐 상기 열 수요처에 공급되는 하이브리드 냉난방 시스템.
  12. 청구항 6에 있어서,
    실외온도가 제1설정온도 이상인 경우, 상기 열 저장부의 열기가 상기 재생기 가열유로를 통해 상기 재생기로 공급되고, 상기 흡수기와 상기 응축기에서 흡수된 열기가 상기 냉각 유로와 상기 지중 열교환기를 통해 상기 지중에 저장되며, 상기 열수요처의 냉방운전 중이면, 상기 증발기에서 흡수된 냉기는 상기 냉방유로를 통해 상기 열 수요처에 공급되는 하이브리드 냉난방 시스템.
  13. 청구항 11에 있어서,
    실외온도가 상기 제1설정온도보다 낮은 제2설정온도 미만인 경우, 상기 흡수식 냉난방기의 작동이 정지되고, 상기 열수요처의 난방운전 중이면, 상기 열전달 유로가 개방되어, 상기 지중에 저장된 열기가 상기 지중 열교환기, 상기 열전달 유로 및 상기 열 저장부를 차례로 거쳐 상기 열 수요처에 공급되는 하이브리드 냉난방 시스템.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉방 유로에는, 상기 증발기에서 열교환된 열전달 유체의 냉기를 저장하였다가 상기 열수요처로 공급하는 축냉기가 설치된 하이브리드 냉난방 시스템.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 난방 유로는, 상기 열 저장부와 상기 열수요처를 연결하고,
    상기 냉방 유로는, 상기 난방 유로에서 바이패스되어 상기 증발기에 연결된 하이브리드 냉난방 시스템.
  16. 청구항 1에 있어서,
    태양열을 모아주는 집광기를 더 포함하고,
    상기 열 저장부는, 상기 집광기에서 모아진 열을 전달받아 온수가 저장되는 온수 탱크인 하이브리드 냉난방 시스템.
  17. 태양열을 저장하는 열 저장부와;
    흡수기, 재생기, 응축기 및 증발기를 포함하고, 냉방 운전시 상기 열 저장부의 열기를 상기 재생기의 열원으로 사용하는 흡수식 냉난방기와;
    지중에 설치되어, 냉방 운전시 상기 흡수기와 상기 응축기 중 어느 하나에서 흡수한 열기를 지중에 저장하는 지중 열교환기와;
    상기 열 저장부와 상기 지중 열교환기를 연결하여, 난방 운전시 상기 지중 열교환기에서 열교환된 열전달 유체가 상기 열 저장부에 열을 전달한 후 상기 지중 열교환기로 순환하도록 안내하는 열전달 유로와;
    상기 열 저장부와 상기 재생기를 연결하여, 냉방 운전시 상기 열 저장부의 열기를 상기 재생기로 안내하는 재생기 가열유로와;
    상기 흡수기와 상기 응축기 중 적어도 하나와 상기 지중 열교환기를 연결하여, 냉방 운전시 상기 지중 열교환기에서 열교환된 열전달 유체가 상기 흡수기 및 상기 재생기를 냉각시키도록 안내하는 냉각유로와;
    상기 증발기와 상기 열수요처를 연결하여, 냉방 운전시 상기 증발기에서 발생된 냉기를 열수요처에 전달하는 냉방유로와;
    상기 열 저장부와 상기 열수요처를 연결하여, 난방 운전시 상기 열 저장부에 저장된 열기를 상기 열수요처에 전달하는 난방유로를 포함하는 하이브리드 냉난방 시스템.
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