KR20150111791A - 하이브리드 융복합형 지중 열 회복시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동절기 실내 건축물에 지중으로 얻어진 열로 난방할 수 있도록 함과 아울러, 하절기에는 실내 건축물로부터 발생되는 잉여 폐열을 지중으로 공급하여 지중의 열 불균형 현상을 해소시킬 수 있도록 그 구조가 개선된 하이브리드 융복합형 지중 열 회복시스템에 관한 것이다.
본 발명은 부하측 열교환기가 배치된 실내 건축물과, 부하측 열교환기측에 온열 또는 냉열을 전달하기 위한 히트펌프와, 히트펌프의 열을 부하측 열교환기에 전달하기 위한 제1순환유로와, 지중의 지열을 히트펌프에 전달하기 위한 제2순환유로와, 제1,2열매체 배출로에 각각 마련되어 유로를 선택적으로 개폐하는 제1,2개폐밸브와, 상기 제1열매체 배출로와 제2열매체 공급로를 연통되게 연결하는 제1열매체 전환로와, 상기 제2열매체 배출로와 제1열매체 공급로를 연통되게 연결하며 지중의 지열이 전달된 열매체를 상기 제1열매체 공급로측으로 압송하기 위한 제3펌프를 갖는 제2열매체 전환로와, 상기 제1,2열매체 전환로에 각각 마련되어 제1,2열매체 전환로의 유로를 선택적으로 개폐시키는 제3,4개폐밸브와, 동절기 또는 하절기 등의 조건 선택에 따라 열매체의 공급방향을 제어하는 제어부로 구성된다.

Description

하이브리드 융복합형 지중 열 회복시스템{Hybrid type ground heat regenerative system}
본 발명은 하이브리드 융복합형 지중 열 회복시스템에 관한 것으로, 특히 지중 열을 이용하여 시설하우스 또는 주택 등의 실내 건축물에 온열 또는 냉열을 공급함에 있어 지중 열이 고갈 또는 불균형이 발생할 경우 실내 건축물에 발생하는 신재생에너지 및 폐열을 이용하여 지중으로 열을 공급함으로써, 지중의 열 불균형 현상을 해소시킬 수 있도록 그 구조가 개선된 하이브리드 융복합형 지중 열 회복시스템에 관한 것이다.
시설하우스, 주택 등의 실내 건축물에 온열 또는 냉열을 이용하여 공조시스템을 운전하게 되는데, 이러한 공조시스템의 운전시 막대한 전기 또는 유류 또는 가스, 전기등을 소비하게 되며 CO2를 발생시켜 환경오염 문제를 야기하게 된다.
이러한 환경오염 물질인 C02 발생 최소화와 비용을 절약함과 동시에 공조시스템의 효율을 향상시키고 용량을 줄여 효율적인 냉난방 환경을 제공하기 위해 최근에는 지중열을 이용하는 방식이 많이 연구되고 있고, 또한 실제 시공되어 운전되고 있는 실정이다.
지중열을 이용하는 방법은 직접 이용방식과 간접 이용방식으로 구분되며, 현재는 주로 간접 이용방식이 주를 이루고 있다.
간접 이용방식은 지열이용 히트펌프와 개방형 및 폐회로형 지중열교환기 시스템을 구비해야 하는데, 특히 폐회로형 지중열교환기 시스템은 지중 오염방지 및 지하수 고갈, 오염문제로부터 개방식에 비해 안전하므로 가장 많이 적용되고 있는 추세이며 안정적 효율을 확보할 수 있는 장점이 있다.
종래 히트펌프는 냉매를 고온 고압의 기체냉매로 압축시키는 압축기와, 압축기에서 압축된 냉매를 중온 고압의 액체냉매로 응축시키는 실외 열교환기와, 상기 실외 열교환기에서 응축된 냉매를 저온 저압의 냉매로 감압시키는 전자 팽창밸브와, 전자 팽창밸브에서 감압된 냉매를 저온 저압의 기체냉매로 증발시키는 실내 열교환기와, 상기 압축기 후단에 설치되어 냉/난방시 냉매의 흐름을 절환시켜주는 사방밸브 및 상기 압축기 선단에 설치되어 액체냉매를 걸러주는 어큐뮬레이터로 구성된다.
이러한 지중열교환기 시스템은 지중열을 교환하여 안정적인 건물의 냉난방이 가능하지만, 부하가 큰 건물의 경우 지중에 설치되는 폐회로형 지중열교환기의 설치 심도나 천공수가 급격히 증가하여 초기비용이 매우 커지는 문제와 적절한 지중열교환기 설치 면적을 확보할 수 없다는 문제가 있다.
또한 지중 열원의 회복은 지표면에서의 태양열과 강우의 침투, 마그마 등을 통한 흡열로 인한 자연적 회복, 히트 펌프의 계절변환 운전인 냉,난방 교대 운전에 따른 열회복 등이 있으나, 자연적 회복에는 한계가 있는 바 계절변환 운전에 따른 회복이 시스템의 성능 및 공사비를 결정하는 중요 요소가 된다.
시설하우스, 주택 등의 실내 건축물의 공조시스템은 지중으로부터 발생하는 온열을 사용할 경우에 지중으로는 냉열이 축적되고, 냉열을 사용하고자 할 경우에는 지중에 온열이 축적되는 데, 지속적인 사용시 사용량에 불균형이 발생하게 되고, 이로 인해 지표면에서의 태양열 및 강우의 침투, 마그마 등을 통한 흡열로 발생되는 자연적 회복으로는 한계가 있으며, 계절 변화에 따른 열 축적 즉 열 회복이 되지 않아 지중 열원의 불균형 상태를 야기시키게 되며, 지열의 냉,난방 운전이 되지 않는 문제점이 있다.
지중 온도를 조절하는 선행기술로는 한국 공개특허공보 제 10-2001-0087064호 "히트 파이프를 이용한 잔디 경기장 지중 온도 조절시스템"(공개일자 : 2001.09.15)에 개시된 바와 같이, 경기장 지반 밑에 냉수나 온수를 공급할 수 있는 주배관을 설치하고, 설치된 주배관에 히트 파이프를 V자로 삽입하여 주배관으로 흐르는 온수의 열을 히트 파이프의 응축부를 통해 신속하게 경기장 바닥 전체로 분배하여 지중 온도를 높이거나 또는 높아진 지열을 히트 파이프를 통해 주배관으로 흐르는 냉수를 이용해 뽑아냄으로써 지중 온도를 낮추도록 된 것이다.
한편, 지중 온도를 조절하는 다른 선행기술로는 한국 등록특허공보 제10-1100096호 "지중 축열식 하이브리드 냉난방 시스템"(등록일자 : 2011.12.22)에 기재된 바와 같이, 태양열을 흡수하여 물을 가열하는 태양열집열수단과; 지중에 매설되어 있으며, 축열순환관에 의해 상기 태양열집열수단과 연결되어 태양열집열수단에 의해 가열된 물이 순환하여 지중의 흙을 가열하여 열을 저장하는 지중축열수단과; 상기 축열순환관의 중간에 연결된 온수탱크와; 상기 온수탱크에 병렬로 연결되어 상기 태양열집열수단에 의해 가열된 온수나 지중축열수단에 저장된 온수의 순환에 의해 온기를 열교환하여 난방을 하는 냉난방수단을 포함하여 구성되되, 상기 냉난방수단은 냉기 또는 냉기를 실내에 공급하는 실내열교환기를 포함하는 실내기와, 냉매라인을 통해 상기 실내열교환기와 연결되어 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에 압축된 냉매를 응축 또는 증발시켜 온기 또는 냉기를 외부로 방출하는 실외열교환기 및 송풍기를 포함하는 실외기와, 상기 실내,실외열교환기 사이에 구비되어 냉매를 팽창시키는 팽창밸브를 포함하는 냉난방장치이고, 상기 냉매라인의 중간에 연결된 온수탱크에 병렬로 연결된 난방순환관을 순환하는 온수가 순환하여 냉매라인을 통과하는 냉매를 가열하는 온수열교환기를 포함하여 구성된 것이다.
기존 지중 온도를 조절하기 위한 지중 축열 시스템은 태양열을 이용하여 온수를 가열한 후에 가열된 온수를 이용하여 지중으로 순환시켜 열을 축열하도록 되어 있으나, 이를 위해 온수의 열을 지중에 공급하기 위한 펌프에 전기 에너지를 공급해야 하므로 전기 에너지가 소요됨과 아울러, 가열된 온수를 지중으로 공급하기 위한 별도의 온수공급수단(온수탱크, 펌프 등)을 구비해야 하므로 비용이 상승하게 되는 단점이 있다.
또한, 기존 히트펌프를 이용한 지중 축열 시스템은 단순히 지중의 열을 실내 건축물의 냉난방에만 적용하고 있으므로, 앞서 설명한 바와 같이 동절기 지중 열을 지속적으로 외부로 인출하여 사용하는 과정에서 지중 열원이 자연적으로 회복되지 못하고 불균형한 상태를 가지게 되며, 이로 인해 지중의 열 에너지 불균형 현상을 해소하는 데 적용하기 어려운 단점이 있다.
한국 공개특허공보 제 10-2001-0087064호 "히트 파이프를 이용한 잔디 경기장 지중 온도 조절시스템"(공개일자 : 2001.09.15) 한국 등록특허공보 제10-1100096호 "지중 축열식 하이브리드 냉난방 시스템"(등록일자 : 2011.12.22)
본 발명은 상기한 제반문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 그 목적은 지중 열을 이용하여 시설하우스 또는 주택 등의 실내 건축물에 온열 또는 냉열을 공급하여 실내 건축물을 냉,난방할 수 있도록 함과 아울러, 실내 건축물로부터 발생되는 잉여 폐열을 지중으로 공급하여 지중의 열 분균형 현상을 해소할 수 있도록 한 하이브리드형 지중 열회복 시스템을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 실내 건축물에 배치되는 부하측 열교환기와, 상기 부하측 열교환기측에 온열 또는 냉열을 전달하기 위한 히트펌프와, 상기 히트펌프의 열을 부하측 열교환기측으로 전달하도록 열매체가 순환되는 제1열매체 공급로와 제1열매체 배출로를 가지며 열매체의 이송을 위한 제1펌프를 갖는 제1순환유로와, 상기 히트펌프와 지중을 연결하여 히트펌프에 지중의 지열을 전달하도록 열매체가 순환되는 제2열매체 공급로와 제2열매체 배출로를 가지며 열매체의 이송을 위한 제2펌프를 갖는 제2순환유로를 구비하되,
상기 제1,2열매체 배출로에 각각 마련되어 유로를 선택적으로 개폐하는 제1,2개폐밸브와, 상기 제1열매체 배출로와 제2열매체 공급로를 연통되게 연결하는 제1열매체 전환로와, 상기 제2열매체 배출로와 제1열매체 공급로를 연통되게 연결하며 지중의 지열이 전달된 열매체를 상기 제1열매체 공급로측으로 압송하기 위한 제3펌프를 갖는 제2열매체 전환로와, 상기 제1,2열매체 전환로에 각각 마련되어 제1,2열매체 전환로의 유로를 선택적으로 개폐시키는 제3,4개폐밸브 및, 운전자의 조작 선택에 따라 열매체의 공급방향을 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.
태양광을 전기 에너지로 변환시키는 태양광 모듈과 인버터를 구비하며, 상기 태양광 모듈로부터 발생된 전기 에너지를 상기 제1,2,3,4개폐밸브 및 제1,2,3펌프에 공급하는 전원 공급수단을 더 구비한다.
상기 제어부는 하절기 조건 선택시 전원 공급수단으로부터 공급된 전원을 제3펌프 및 부하측 열교환기측에 전달하여 온동작시키고, 제 1,2,3,4개폐밸브의 동작을 제어하는 제어신호를 출력한다.
상기 제1열매체 공급로에 배치되고 제1순환유로의 유로를 일방향 차단하는 체크밸브를 더 구비한다.
본 발명의 다른 특징적인 요소로는 실내 건축물에 배치되는 부하측 열교환기와, 상기 부하측 열교환기측에 온열 또는 냉열을 전달하기 위한 히트펌프와, 상기 히트펌프의 열을 부하측 열교환기측으로 전달하도록 열매체가 순환되는 제1열매체 공급로와 제1열매체 배출로를 가지며 열매체의 이송을 위한 제1펌프를 갖는 제1순환유로와, 상기 히트펌프와 지중을 연결하여 히트펌프에 지중의 지열을 전달하도록 열매체가 순환되는 제2열매체 공급로와 제2열매체 배출로를 가지며 열매체의 이송을 위한 제2펌프를 갖는 제2순환유로를 구비하되,
상기 제1,2열매체 배출로에 각각 마련되어 유로를 선택적으로 개폐하는 제1,2개폐밸브와, 상기 제1열매체 배출로와 제2열매체 공급로를 연통되게 연결하는 제1열매체 전환로와, 상기 제2열매체 배출로와 제1열매체 공급로를 연통되게 연결하는 제2열매체 전환로와, 상기 제1,2열매체 전환로에 각각 마련되어 제1,2열매체 전환로의 유로를 선택적으로 개폐시키는 제3,4개폐밸브와, 상기 실내 건축물의 실내 온도를 계측하고 이를 제어부측으로 출력하는 온도센서와, 상기 온도센서로부터 출력된 온도가 기 설정된 온도보다 높을 경우 제어신호를 출력하여 열매체의 공급방향을 가변 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명은 평상시에는 지중 히트펌프시스템을 적용하여 지중의 열에너지(냉,난방)를 부하측 열교환기측으로 공급하여 실내 건축물의 냉,난방기능을 수행할 수 있으면서, 지중 열회복 모드 선택시 기존 별도의 온수공급수단을 구비하지 않고도 단순한 유로 전환과정을 통해 열매체의 순환유로를 전환하여 실내 건축물의 잉여 폐열을 지중으로 공급할 수 있도록 함으로써, 비용 부담없이 지중 열에너지 불균형 현상을 예방할 수 있을 뿐만 아니라, 지중 열회복 모드 선택시 히트펌프를 거치지 않고 지중의 지열(냉열)이 실내 건축물의 내부로 직접 유입되어 실내 건축물의 내부를 냉방할 수 있는 유용한 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키고 변환된 전기에너지를 제어부의 제어에 따라 선택적으로 제1,2,3,4개폐밸브 및 제1,2,3펌프에 전달함으로써, 일반 전기 사용에 따른 비용을 절감할 수 있는 유용한 이점을 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 융복합형 지중 열 회복시스템의 제 1실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명 제1실시예의 평상시 지중 히트펌프 시스템이 적용되는 사용상태도.
도 3은 본 발명 제1실시예의 지중 열 회복 모드선택시 사용상태도.
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 융복합형 지중 열 회복시스템의 제 2실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
여기서 하이브리드 융복합형 지중 열 회복시스템은 방법 발명이 아닌 지중 열 회복장치를 의미한다.
[제1실시예]
본 발명에 따른 하이브리드 융복합형 지중 열 회복시스템의 제1실시예는, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 실내 건축물(20)에 배치되는 부하측 열교환기(20)와, 부하측 열교환기(20)측에 온열 또는 냉열을 전달하기 위한 히트펌프(100)와, 히트펌프(100)의 열을 부하측 열교환기(20)에 전달하기 위한 제1순환유로(210)와, 지중(G)의 지열을 히트펌프(100)에 전달하도록 지중에 열매체 유로가 매설된 제2순환유로(220)와, 제1,2열매체 배출로(214,224)에 각각 마련되어 유로를 선택적으로 개폐하는 제1,2개폐밸브(410,420)와, 상기 제1열매체 배출로(214)와 제2열매체 공급로(222)를 연통되게 연결하는 제1열매체 전환로(235)와, 상기 제2열매체 배출로(224)와 제1열매체 공급로(212)를 연통되게 연결하며 지중(G)의 지열이 전달된 열매체를 상기 제1열매체 공급로(212)측으로 압송하기 위한 제3펌프(330)를 갖는 제2열매체 전환로(245)와, 상기 제1,2열매체 전환로(235,245)에 각각 마련되어 제1,2열매체 전환로(235,245)의 유로를 선택적으로 개폐시키는 제3,4개폐밸브(430,440)와, 운전자의 조작에 따른 동절기 또는 하절기 등의 조건 선택에 따라 열매체의 공급방향을 제어하는 제어부(500)로 구성된다.
여기서 실내 건축물(10)은 시설하우스, 주택 등의 시설물을 통칭하여 표현한 것이다.
도 1을 참조하면, 제1순환유로(210)는 히트펌프(100)의 온열 또는 냉열을 부하측 열교환기(20)측으로 전달하도록 열매체가 순환되는 제1열매체 공급로(212)와 제1열매체 배출로(214)를 가지며, 제1순환유로(210) 내의 열매체를 순환 이송시키는 제1펌프(310)를 구비한다.
제1펌프(310)는 열매체 순환을 위해 제1열매체 배출로(214)에 배치되어 있으며, 외부 전원이 인가됨에 따라 구동되어 제1순환유로(210) 내의 열매체를 순환시키는 기능을 수행하게 된다.
제2순환유로(220)는 히트펌프(100)와 지중을 연결하여 히트펌프(100)에 지중의 지열을 전달하도록 열매체가 순환되는 제2열매체 공급로(222)와 제2열매체 배출로(224)를 가지며 열매체의 이송을 위한 제2펌프(320)를 구비한다.
제2펌프(320)는 지중의 열을 히트펌프(100)측으로 전달하도록 제2열매체 공급로(222)에 배치되고, 외부 전원이 인가됨에 따라 구동되어 제2순환유로(220)내의 열매체를 순환시키는 기능을 수행하게 된다.
제1,2열매체 전환로(235,245)는 하절기 시에만 제어부(500)에 의해 열매체의 유로 진행방향이 변경될 경우 실내 건축물(10)의 폐열이 열매체를 통해 지중으로 전달하는 기능을 수행하게 된다.
제1개폐밸브(410)는 제1열매체 배출로(214)에 배치되어 제어부(500)의 제어신호에 따라 제1순환유로(210)의 개방 또는 차단 동작을 수행하게 된다.
더 상세히 설명하면, 제1개폐밸브(410)는 열매체의 순환방향에 대해 제1열매체 전환로(235)의 후방측에 배치된다.
제2개폐밸브(420)는 제2열매체 배출로(224)에 배치되어 제어부(500)의 제어신호에 따라 제2순환유로(220)의 개방 또는 차단 동작을 수행하게 된다.
제3개폐밸브(430)는 제1열매체 전환로(235)에 배치되어 평상시 제1열매체 전환로(235)와 제2열매체 공급로(222)의 연통상태를 차단하고, 제어부(500)의 제어신호에 따른 열매체 공급방향 전환시 제1열매체 전환로(235)를 개방시키는 동작을 수행하게 된다.
제4개폐밸브(440)는 제2열매체 전환로(245)에 배치되어 평상시 제2열매체 전환로(245)와 제2열매체 배출로(224)의 연통상태를 차단하고, 제어부(500)의 제어신호에 따른 열매체 공급방향 전환시 제1열매체 전환로(235)를 개방시키는 동작을 수행하게 된다.
즉, 제3,4개폐밸브(430,440)는 평상시 기존 제1,2순환유로(210,220)를 따라 순환되는 열매체의 순환과정에서 열매체가 제1,2열매체 전환로(235,245)측으로 유입되는 것을 차단하기 위한 것으로, 제1,2개폐밸브(410,420)와는 상반되는 온,오프동작을 갖는다.
여기서 각각의 개폐밸브는 온 동작시 유로를 개방시키고, 오프동작시 유로를 차단하는 동작을 수행하게 된다.
바람직하게는 제1열매체 공급로(212)에는 제1순환유로(210)의 유로를 일방향 차단하는 체크밸브(450)를 더 구비하는 것이다.
체크밸브(450)는 열매체가 공급되는 방향에 대해 제2열매체 전환로(245)의 전방에 배치되고, 제2열매체 전환로(245)의 개방시 열매체가 제1열매체 공급로(212)의 공급방향에 대해 역류되는 방향으로 공급되는 것을 차단하는 기능을 수행하게 되며, 이로 인해 유로방향 전환시 열매체의 공급이 원활하게 이루어지도록 한다.
히트펌프(100)는 공지의 것으로서, 냉매를 고온 고압의 기체냉매로 압축시키는 압축기와, 압축기에서 압축된 냉매를 중온 고압의 액체냉매로 응축시키는 실외 열교환기와, 실외 열교환기에서 응축된 냉매를 저온 저압의 냉매로 감압시키는 전자 팽창밸브와, 전자 팽창밸브에서 감압된 냉매를 저온 저압의 기체냉매로 증발시키는 실내 열교환기와, 냉/난방시 냉매의 흐름을 절환시켜주는 사방밸브 및 액체냉매를 걸러주는 어큐뮬레이터가 포함된 공지의 구성을 갖는다.
부하측 열교환기(20)는 실내 건축물(10) 내에 배치되고 제1순환유로(210)를 따라 순환되는 열매체가 통과되는 라디에이터(24)와, 라디에이터(24)의 열을 실내 건축물(10) 내로 송풍하는 송풍기(22)로 구성된다.
전원 공급수단(600)은 태양광을 전기 에너지로 변환시키는 공지의 태양광 모듈(610)과 인버터(620)를 구비하며, 상기 태양광 모듈(610)로부터 발생된 전기 에너지를 상기 제1,2,3,4개폐밸브(410,420,430,440) 및 제1,2,3펌프(310,320,330)에 공급하는 기능을 갖는다.
이러한 구성을 갖는 본 발명 제1실시예는 평상시 도 2에 도시된 바와 같이, 지중 히트펌트 열교환시스템의 작동과 동일하게, 지중에 일부 매설된 제2순환유로(220)를 따라 열매체가 순환됨에 따라 지중의 지열이 히트펌프(100)에 전달되면, 히트펌프(100)에서 전달된 지중(G)의 열을 열교환한 후에, 제1순환유로(210)를 따라 순환되는 열매체를 통해 실내 건축물(10)의 부하측 열교환기(20)측으로 열을 전달하게 된다.
평상시 동절기에는 운전자의 조작판(미도시됨)을 조작하여 동절기 모드 선택시 부하측 열교환기(20)에 지중(G)의 지열(온열)을 전달하여 난방의 기능을 수행하게 되고, 하절기에는 운전자의 하절기 모드 선택할 경우 부하측 열교환기(20)에 실내 건축물(10)의 온도보다 상대적으로 낮은 온도를 갖는 지중의 지열(냉열)을 이용하여 실내 건축물(10)을 냉방시키는 기능을 수행하게 된다.
이때, 제어부(500)는 동절기 모드와 하절기 모드를 판단한 후에 제1,2개폐밸브(410,420)를 온동작시키고, 제3,4개폐밸브(430,440)를 오프동작시킨다.
이로 인해 제1,2열매체 전환로(235,245)는 폐쇄되며, 제2순환유로(220)를 따라 열매체가 순환됨에 따라 지중(G)의 지열을 히트펌프(100)에 전달하게 되고, 제1순환유로(210)를 따라 열매체가 순환됨에 따라 히트펌프(100)의 열에너지가 부하측 열교환기(20)측으로 공급된다.
또한 제어부(500)는 제1,2펌프를 온 동작시켜 제1,2순환유로 내에서 열매체를 순환시키고, 제3펌프(330)를 오프 동작시킨다.
한편, 운전자가 조작판(미도시)을 조작하여 하절기에 지중 열회복 모드를 선택할 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 실내 건축물(10) 내의 잉여 폐열을 지중으로 공급하여 지중(G)에 열 에너지를 회복시킬 수 있다.
이때, 제어부(500)는 제1,2개폐밸브(410,420)를 오프동작시키고, 제3,4개폐밸브(430,440)를 온동작시켜 제1,2열매체 전환로(235,245)를 개방시킴과 아울러, 제3펌프(330)를 온동작시킨다.
이로 인해, 제1,2열매체 전환로(235,245)가 개방되면서 지중에 일부 매설된 제2열매체 배출로(224)와 제2열매체 전환로(245) 및 제1열매체 공급로(212)가 연통되도록 개방되고, 제1열매체 배출로(214)와 제1열매체 전환로(235) 및 제2열매체 공급로(222)가 연통되도록 개방된다.
이후에, 제3펌프(330)의 온 동작시 열매체가 지중에 매설된 제2열매체 공급로(222) 내의 열매체가 제2열매체 전환로(245)를 통해 제1열매체 공급로(212)측으로 압송되고, 이어서 부하측 열교환기(20)를 통해 실내 건축물(10)의 실내온도와 열교환된 후에 제1열매체 배출로(214)와 제1열매체 전환로(235)를 통해 제2열매체 공급로(222)측으로 공급되어 도 3에 도시된 화살표 방향으로 열매체가 순환되는 폐회로방식의 제3순환유로를 형성시키게 되고, 제3순환유로를 따라 열매체가 순환되면서 부하측 열교환기(20)에서 얻어진 열에너지를 지중으로 공급하게 된다.
즉, 상기한 본 발명의 제1실시예는 운전자가 조작판을 조작하여 동절기,하절기, 지중 열회복 모드를 선택할 수 있으며, 동절기 모드 및 하절기 모드 선택시 평상시의 지중 히트펌프시스템이 적용되는 반면에, 지중 열회복 모드 선택시 제3펌프(330)의 압송력에 의해 열매체가 제3순환유로를 순환하게 되고, 실내 건축물(10)에서 발생되는 잉여 폐열이 부하측 열교환기(20)를 통해 지중(G)에 전달됨으로써, 지중의 열에너지 불균형 현상을 해소할 수 있게 된다.
또한, 지중 열회복 모드 선택시 히트펌프(100)를 거치지 않고 지중의 지열(냉열)이 실내 건축물(10) 내부로 직접 유입되므로, 신속하게 실내 건축물(10)의 내부를 냉방할 수 있는 이점을 갖는다.
[제2실시예]
본 발명에 따른 하이브리드 융복합형 지중 열회복 시스템의 제2실시예는, 도 4에 도시된 바와 같이, 실내 건축물(10)에 배치되는 부하측 열교환기(20)와, 부하측 열교환기(20)측에 온열 또는 냉열을 전달하기 위한 히트펌프(100)와, 히트펌프(100)의 열을 부하측 열교환기(20)에 전달하기 위한 제1순환유로(210)와, 지중의 지열을 히트펌프(100)에 전달하도록 지중에 열매체 유로가 일부 매설된 제2순환유로(220)와, 제1,2열매체 배출로(214,224)에 각각 마련되어 유로를 선택적으로 개폐하는 제1,2개폐밸브(410,420)와, 상기 제1열매체 배출로(214)와 제2열매체 공급로(222)를 연통되게 연결하는 제1열매체 전환로(235)와, 상기 제2열매체 배출로(224)와 제1열매체 공급로(212)를 연통되게 연결하며 지중의 지열이 전달된 열매체를 상기 제1열매체 공급로(212)측으로 압송하기 위한 제3펌프(330)를 갖는 제2열매체 전환로(245)와, 상기 제1,2열매체 전환로(235,245)에 각각 마련되어 제1,2열매체 전환로(235,245)의 유로를 선택적으로 개폐시키는 제3,4개폐밸브(430,440)와, 상기 실내 건축물(10)의 실내 온도를 계측하고 이를 제어부(500)측으로 출력하는 온도센서(710)와, 상기 온도센서(710)로부터 출력된 온도가 기 설정된 온도보다 높을 경우 제어신호를 출력하여 열매체의 공급방향을 가변 제어하는 제어부(500)를 구비한 것이다.
즉, 본 발명의 제2실시예는 앞서 설명한 제1실시예의 구성요소를 가지되, 운전자가 조작판을 조작하여 모드를 선택하는 수동방식이 아니라, 자동으로 실내 건축물(10) 내의 온도를 온도센서(710)로 계측하고, 설정된 온도보다 높은 온도가 계측될 경우 제어부(500)에서 지중 열회복 모드가 선택되도록 제어신호를 출력하여 앞서 설명한 제3순환유로를 형성시켜 부하측 열교환기(20)의 잉여 폐열이 제3순환유로를 통해 지중으로 공급되도록 한 것이다.
제3순환유로를 형성시키기 위한 각 제1,2,3,4개폐밸브(410,420,430,440)와 제1,2,3펌프(310,320,330)의 구동 제어는 앞서 설명한 제1실시예와 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
상기한 본 발명의 실시예들은 평상시에는 지중 히트펌프시스템을 적용하여 지중의 열에너지(온열, 냉열)를 부하측 열교환기(20)측으로 공급하여 하우스, 주택 등의 실내 건축물(10)에 냉,난방기능을 수행할 수 있으면서, 지중 열회복 모드 선택시 열매체의 순환유로를 전환하여 실내 건축물(10)의 잉여 폐열을 지중으로 공급할 수 있도록 함으로써, 지중 열에너지 불균형 현상을 예방할 수 있는 유용한 효과를 갖는다.
본 발명은 태양광 에너지를 전원 공급수단(600)을 매개로 전기에너지로 변환시키고 변환된 전기에너지를 제어부(500)의 제어에 따라 선택적으로 제1,2,3,4개폐밸브(410,420,430,440) 및 제1,2,3펌프(310,320,330)에 전달함으로써, 일반 전기 사용에 따른 비용을 절감할 수 있는 유용한 이점을 갖는다.
10 : 실내 건축물 20 : 부하측 열교환기
22 : 송풍기 24 : 라디에이터
100 : 히트펌프 210 : 제1순환유로
212 : 제1열매체 공급로 214 : 제1열매체 배출로
220 : 제2순환유로 222 : 제2열매체 공급로
224 : 제2열매체 배출로 235 : 제1열매체 전환로
245 : 제2열매체 전환로 310,320,330 : 제1,2,3펌프
410,420,430,440 : 제1,2,3,4개폐밸브 500 : 제어부
600 : 전원 공급수단 610 : 태양광 모듈
620 : 인버터 710 : 온도센서

Claims (5)

  1. 실내 건축물(10)에 배치되는 부하측 열교환기(20)와,
    상기 부하측 열교환기(20)측에 온열 또는 냉열을 전달하기 위한 히트펌프(100)와,
    상기 히트펌프(100)의 열을 부하측 열교환기(20)측으로 전달하도록 열매체가 순환되는 제1열매체 공급로(212)와 제1열매체 배출로(214)를 가지며 열매체의 이송을 위한 제1펌프(310)를 갖는 제1순환유로(210)와,
    상기 히트펌프(100)와 지중을 연결하여 히트펌프(100)에 지중의 지열을 전달하도록 열매체가 순환되는 제2열매체 공급로(222)와 제2열매체 배출로(224)를 가지며 열매체의 이송을 위한 제2펌프(320)를 갖는 제2순환유로(220)를 구비하되,
    상기 제1,2열매체 배출로(214,224)에 각각 마련되어 제1,2순환유로(210,220)의 유로를 선택적으로 개폐하는 제1,2개폐밸브(410,420)와,
    상기 제1열매체 배출로(214)와 제2열매체 공급로(222)를 연통되게 연결하는 제1열매체 전환로(235)와,
    상기 제2열매체 배출로(224)와 제1열매체 공급로(212)를 연통되게 연결하며 지중의 지열이 전달된 열매체를 상기 제1열매체 공급로(212)측으로 압송하기 위한 제3펌프(330)를 갖는 제2열매체 전환로(245)와,
    상기 제1,2열매체 전환로(235,245)에 각각 마련되어 제1,2열매체 전환로(235,245)의 유로를 선택적으로 개폐시키는 제3,4개폐밸브(430,440) 및,
    운전자의 조작 선택에 따라 열매체의 공급방향을 제어하는 제어부(500)를 구비한 것을 특징으로 하는 하이브리드 융복합형 지중 열 회복시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    태양광을 전기 에너지로 변환시키는 태양광 모듈(610)과 인버터(620)를 구비하며, 상기 태양광 모듈(610)로부터 발생된 전기 에너지를 상기 제1,2,3,4개폐밸브(410,420,430,440) 및 제1,2,3펌프(310,320,330)에 공급하는 전원 공급수단(600)을 더 구비한 것을 특징으로 하는 하이브리드 융복합형 지중 열 회복시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(500)는 운전자의 조작 선택시 전원 공급수단(600)으로부터 공급된 전원을 제3펌프(330) 및 부하측 열교환기(20)측에 전달하여 온동작시키고, 제 1,2,3,4개폐밸브의 동작을 제어하는 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 융복합형 지중 열 회복시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1열매체 공급로(212)에 배치되고 제1순환유로(210)의 유로를 일방향 차단하는 체크밸브(450)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 하이브리드 융복합형 지중 열 회복시스템.
  5. 실내 건축물(10)에 배치되는 부하측 열교환기(20)와,
    상기 부하측 열교환기(20)측에 온열 또는 냉열을 전달하기 위한 히트펌프(100)와,
    상기 히트펌프(100)의 열을 부하측 열교환기(20)측으로 전달하도록 열매체가 순환되는 제1열매체 공급로(212)와 제1열매체 배출로(214)를 가지며 열매체의 이송을 위한 제1펌프(310)를 갖는 제1순환유로(210)와,
    상기 히트펌프(100)와 지중을 연결하여 히트펌프(100)에 지중의 지열을 전달하도록 열매체가 순환되는 제2열매체 공급로(222)와 제2열매체 배출로(224)를 가지며 열매체의 이송을 위한 제2펌프(320)를 갖는 제2순환유로(220)를 구비하되,
    상기 제1,2열매체 배출로에 각각 마련되어 유로를 선택적으로 개폐하는 제1,2개폐밸브(410,420)와,
    상기 제1열매체 배출로(214)와 제2열매체 공급로(222)를 연통되게 연결하는 제1열매체 전환로(235)와,
    상기 제2열매체 배출로(224)와 제1열매체 공급로(212)를 연통되게 연결하는 제2열매체 전환로(245)와,
    상기 제1,2열매체 전환로(235,245)에 각각 마련되어 제1,2열매체 전환로(235,245)의 유로를 선택적으로 개폐시키는 제3,4개폐밸브(430,440) 및,
    상기 실내 건축물(10)의 실내 온도를 계측하고 이를 제어부(500)측으로 출력하는 온도센서(710)와,
    상기 온도센서(710)로부터 출력된 온도가 기 설정된 온도보다 높을 경우 제어신호를 출력하여 열매체의 공급방향을 가변 제어하는 제어부(500)를 구비한 것을 특징으로 하는 하이브리드 융복합형 지중 열 회복시스템.
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