KR20170105257A - 지열과 태양광 연계 제어를 통한 냉난방 온수 보일러 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

지열과 태양광 연계 제어를 통한 냉난방 온수 보일러 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 지열 냉난방 시스템에 구비되는 온수 저장탱크 내에 태양광 전원으로 가동하는 전기 히터봉을 설치하여 온수 저장탱크 내의 온수가 최저 셋팅온도에 도달시에는 지열을 이용한 지열 히트펌프의 가동으로 온수 저장탱크 내의 온수 온도를 가열하고, 이후 설정 셋팅온도에 도달시에는 태양광으로 가동하는 전기 히터봉에 의해 온수 저장탱크 내의 온수 온도를 최고 셋팅온도에 도달하도록 지열 히트펌프와 태양광으로 가동하는 전기 히터봉을 교본 운전함으로써 지열 히트펌프의 가동시간을 줄여 지열 히트펌프의 수명을 연장시킴과 동시에 지열 난방 시스템의 가동에 필요한 동력을 절감시킬 수 있게 한 지열과 태양광 연계 제어를 통한 냉난방 온수 보일러 시스템 및 그 제어 방법을 제공한다.

Description

지열과 태양광 연계 제어를 통한 냉난방 온수 보일러 시스템 및 그 제어 방법{cooling and heating system using geothermal and solar energy connection control and its control method}
본 발명은 지열과 태양광 연계 제어를 통한 냉난방 온수 보일러 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지열히트펌프의 가동시간을 줄여주고 지연함으로써 지열히트펌프의 가열을 방지함은 물론 연계 운전하는 지열순환펌프의 운전이 정지되어 촉매(물, 기타)가 지열을 충분히 이용할 수 있게 함으로써 히트펌프의 효율을 높여주고 수명을 연장시킬 수 있도록 하며, 또한 태양광발전 전원과 지열전원의 연계 제어 운전을 통해 시스템의 안정적인 운전을 가능케하여 시스템의 신뢰성을 높이고, 지열난방 시스템의 가동에 필요한 동력을 절감시킬 수 있는 지열과 태양광 연계 제어를 통한 냉난방 온수 보일러 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
최근 화석연료의 고갈 그리고 화석연료의 사용에 따른 지구온난화 등에 따라 재생가능에너지(renewable energy)의 중요성과 비중이 점차 높아지고 있다.
재생가능에너지란, 자연 상태에서 만들어진 에너지를 일컫는데, 이에는 태양에너지, 풍력에너지, 수력에너지, 지열에너지, 생물자원에너지, 조력에너지, 파도에너지 등이 있다.
한편, 대부분의 재생가능에너지는 태양에너지의 변형이므로 그 양이 한정되어 있고 태양에너지의 영향을 크게 받지만 지열에너지는 태양에너지의 영향을 크게 받지 않는다는 점에서 활용도가 높다고 할 수 있다.
따라서, 근자에 들어서는 지열 히트펌프를 이용한 난방 시스템에 대한 시공 또한 연구 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.
그런데 현재까지 알려져 있는 종래기술의 경우, 그 구조적인 한계로 인해 압축기 및 순환펌프를 구동하기 위한 동력이 필요하기 때문에 냉방, 난방, 급탕운전 시 각각 전력을 소모할 수밖에 없는 문제점이 있다.
그리고 냉난방과 급탕 또는 냉난방이 요구되는 시설에 있어서 종래기술로는 냉방 또는 난방 또는 급탕을 선택적으로 적용할 수밖에 없어 재실자의 냉난방 모드별 선호도를 충분히 반영하지 못하는 문제점이 있다.
예컨대, 열원과 히트펌프를 공용으로 사용하는 시설에서 부하존별로 냉방과 난방을 각각 다르게 요구하는 경우, 종래기술로는 이를 반영할 수 없다.
또한, 종래기술의 경우에는 그 구조적인 한계로 인해 냉방 시에도 압축기 구동전력을 사용함으로 에너지 비용의 발생이 높을 수밖에 없으며, 급탕을 적용함에 있어 급탕전용 장비를 별도로 설치하여 시공비용 및 설치면적이 각각 증가되는 문제점이 있다.
결과적으로, 종래기술은 시스템이 복잡해질 수밖에 없고, 시공비가 증가하여 투자비 회수를 지연시키는 요인으로 작용해 고효율의 신/재생에너지인 지열 냉난방시스템 보급 확산을 저해하는 요인으로 작용하였다.
한편으로 냉방운전 비용을 저감하기 위하여 종래에 지열을 직접 부하기기에 공급하여 냉방을 수행하는 시도가 있었으나 지중의 방대한 열원을 효과적으로 이용하는데 미흡하고 열원을 보조할 수 있는 수단이 없어 냉방 초기에 간헐적으로 이용하는데 그쳐 실제의 효과는 미흡한 것으로 알려지고 있으므로 이러한 사항들을 해결할 수 있는 새롭고 진보된 형태의 시스템이 필요한 실정이다.
예컨대, 지열의 열원만으로는 냉난방 시스템의 가동할 경우, 지열을 이용하여 온수 저장탱크 내의 온수 온도를 일정 온도로 가열하여 난방수로 순한 사용하게 되는데, 이때 난방수의 계속 사용에 따라 온수 저장탱크 내의 온수 온도는 떨어질 수밖에 없고, 이를 해결하기 위해 지열 히트펌프의 가동은 계속 되어야 함으로써, 지열 히트펌프를 가동하기 위한 동력의 낭비 및 지열 히트펌프의 수명이 단축되는 등의 문제점이 있다.
국내 특허 공개번호 10-2008-0053158호, 지열을 이용한 공기조화기 및 급탕시스템. 국내 특허 등록번호 10-0931705호, 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템. 국내 특허 공개번호 10-2010-0128716호, 공동주택의 개별식 지열 냉난방 시스템. 국내 특허 공개번호 10-2014-0055709호, 지열 히트펌프 시스템.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 지열히트펌프의 가동시간을 줄여주고 지연함으로써 지열히트펌프의 가열을 방지함은 물론 연계 운전하는 지열순환펌프의 운전이 정지되어 촉매(물, 기타)가 지열을 충분히 이용할 수 있게 함으로써 히트펌프의 효율을 높여주고 수명을 연장시킬 수 있도록 하며, 또한 태양광발전 전원과 지열전원의 연계 제어 운전을 통해 시스템의 안정적인 운전을 가능케하여 시스템의 신뢰성을 높이고, 지열난방 시스템의 가동에 필요한 동력을 절감시킬 수 있는 지열과 태양광 연계 제어를 통한 냉난방 온수 보일러 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 지열과 태양광 연계 제어를 통한 냉난방 온수 보일러 시스템은, 지중에 설치되어 열원을 취득하여 공급하는 지열 열교환기; 상기 지열 열교환기와 순환관을 통해 연결되어 상기 지열 열교환기의 열원을 이용하여 온수를 생산하는 지열 히트펌프; 및 상기 지열 히트펌프로부터 생산된 온수를 저장함과 아울러 온수를 순환시켜 난방할 수 있는 난방수 순환관이 연결된 온수 저장탱크; 를 포함하고, 상기 온수 저장탱크 내에 설치되어 상기 온수 저장탱크 내의 온수를 가열하는 전기 히터봉; 상기 전기 히터봉에 태양광 전원을 공급할 수 있도록 설치된 태양광 모듈; 및 상기 태양광 모듈을 통해 전원을 공급받아 작동되는 전기 히터봉과 상기 지열 히트펌프를 교번 운전하도록 제어하는 컨트롤러;를 포함하되, 상기 컨트롤러는: 상기 온수 저장탱크 내에 구비되는 온도 감지센서(132)에 의해 온수의 온도를 감지하여, 상기 온수 저장탱크 내의 온수가 최저 셋팅온도와 설정 셋팅온도 및 최고 셋팅온도에 도달시마다 상기 지열 히트펌프와 상기 전기 히터봉이 교번 운전하도록 제어하여 상기 온수 저장탱크 내의 온수 온도를 유지하도록 제어하고, 상기 전기 히터봉을 태양광 모듈과 연계하여 가동되도록 제어하는 것이 바람직하다.
상기 컨트롤러는: 상기 온수 저장탱크 내에 구비된 온도 감지센서(132)에 의해 온수의 온도를 감지하여, 상기 온수 저장탱크 내의 온수가 최저 셋팅온도에 도달시 상기 전기 히터봉의 가동은 정지된 상태에서 상기 지열 히트펌프의 가동을 시작하여 상기 온수 저장탱크 내의 온수를 설정 셋팅온도까지 올려주고, 상기 온수 저장탱크 내의 온수가 설정 셋팅온도에 도달시 상기 지열 히트펌프의 가동을 중지시킴과 아울러 태양광 전원에 의해 상기 전기 히터봉의 가동을 시작하여 상기 온수 저장탱크 내의 온수가 최고 셋팅온도에 도달시 전기 히터봉의 가동을 중지시키도록 제어하는 것이 바람직하다.
상기 지열 히트펌프의 가동이 시작되는 상기 온수 저장탱크 내의 온수 최저 셋팅온도는 30도이고, 상기 지열 히트펌프의 가동이 정지됨과 아울러 상기 전기 히터봉의 가동이 시작되는 상기 온수 저장탱크 내의 온수 설정 셋팅온도는 45도이며, 상기 전기 히터봉의 가동이 정지되는 상기 온수 저장탱크 내의 온수 최고 셋팅온도는 75도임이 바람직하다.
상기 온수 저장탱크에는 온수 배관이 더 구비되되, 상기 온수 배관은: 상기 온수 저장탱크 내로 급수가 공급되어 상기 온수 저장탱크 내에서 온수와 열교환 된 후 온수로 배출될 수 있게 설치되되, 상기 온수 배관은, 상기 온수 저장탱크 내에서 열교환 되는 부위가 나선형을 이루게 설치되는 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 지열과 태양광 연계 제어를 통한 냉난방 온수 보일러 제어 방법은, 지중에 설치되어 열원을 취득하여 공급하는 지열 열교환기; 상기 지열 열교환기와 순환관을 통해 연결되어 상기 지열 열교환기의 열원을 이용하여 온수를 생산하는 지열 히트펌프; 상기 지열 히트펌프로부터 생산된 온수를 저장함과 아울러 온수를 순환시켜 난방할 수 있는 난방수 순환관이 연결된 온수 저장탱크;를 구비하고, 상기 온수 저장탱크 내에 설치되어 상기 온수 저장탱크 내의 온수를 가열하는 전기 히터봉; 상기 전기 히터봉에 의해 가열된 온수와 열교환되도록 상기 온수 저장탱크 내로 급수가 공급되어 상기 온수 저장탱크 내를 경유 후 온수로 배출될 수 있게 설치된 온수 배관; 및 상기 전기 히터봉과 지열 열교환기를 제어할 수 있는 컨트롤러;를 구비하되, 상기 컨트롤러에 의한 제어는: 상기 온수 저장탱크 내에 구비되는 온도 감지센서(132)에 의해 온수의 온도를 감지하고, 상기 온도 감지센서(132)에서 감지된 온수 온도가 최저 셋팅온도와 설정 셋팅온도 및 최고 셋팅온도에 도달시마다 상기 지열 히트펌프와 상기 전기 히터봉이 교번 운전하도록 제어하되, 상기 전기 히터봉은 태양광 모듈을 설치하여 태양광 전원으로 가동되게 제어하는 것이 바람직하다.
상기 컨트롤러에 의한 제어는: 상기 온수 저장탱크 내에 구비된 온도 감지센서(132)에 의해 온수의 온도를 감지하여, 상기 온수 저장탱크 내의 온수가 최저 셋팅온도인 30도에 도달시 상기 전기 히터봉의 가동을 정지시킨 상태에서 상기 지열 히트펌프의 가동을 시작하여 상기 온수 저장탱크 내의 온수를 설정 셋팅온도인 45도까지 올려주고, 상기 온수 저장탱크 내의 온수가 설정 셋팅온도인 45도에 도달시 상기 지열 히트펌프의 가동을 중지시킴과 아울러 태양광 전원에 의해 상기 전기 히터봉의 가동을 시작하여 상기 온수 저장탱크 내의 온수가 최고 셋팅온도인 75도에 도달시 전기 히터봉의 가동을 중지시키도록 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 지열과 태양광 연계 제어를 통한 냉난방 온수 보일러 시스템 및 그 제어 방법에 의하면, 지열의 열원과 태양광의 열원을 연계하여 온수 저장탱크 내의 온수를 가열함으로써 지열 히프펌프의 가동시간을 줄여 지열 히트펌프의 수명을 연장시킴과 아울러 지열 히트펌프의 가동에 필요한 동력을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 온수 저장탱크 내의 온수를 지열과 태양광으로 가동하는 전기 히터봉에 의해 가열함으로써, 난방수의 사용은 물론 온수 저장탱크를 경유하여 열교환되도록 온수 배관을 설치하여 온수를 동시에 사용 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 지열과 태양광 연계 제어를 통한 냉난방 온수 보일러 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 지열과 태양광 연계 제어를 통한 냉난방 온수 보일러 시스템의 제어 방법을 나타낸 블록도이다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
첨부된 도 1은 본 발명에 따른 지열과 태양광 연계 제어를 통한 냉난방 온수 보일러 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 지열과 태양광 연계 제어를 통한 냉난방 온수 보일러 시스템의 제어 방법을 나타낸 블록도이다.
이들 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 지열과 태양광 연계 제어를 통한 냉난방 온수 보일러 시스템은, 지열 열교환기(110), 지열 히트펌프(120), 온수 저장탱크(130)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 온수 저장탱크(130) 내의 온수를 순환시켜 난방할 수 있는 난방수 순환관(140), 펌프, 밸브 및 다수의 배관들이 구비되는 것이 바람직하다.
여기서, 다수의 배관들은 지열 열교환기(110)와 지열 히트펌프(120)를 연결하는 순환관, 지열 히트펌프(120)와 온수 저장탱크(130)를 연결하는 순환관, 온수 저장탱크(130)와 각 세대를 연결하도록 하여 난방할 수 있는 난방수 순환관(140) 등의 배관이다.
또한, 펌프는 다수의 순환관 중 필요 위치에 구비되어 온수를 순환시키기 위한 동력을 제공하는 펌프이다.
이러한 시스쳄에서, 상기 지열 열교환기(110)는 지중에 설치되어 지열 열원(지열원)을 취득하여 시스템으로 공급하는 역할을 한다.
또한, 상기 지열 히트펌프(120)는 지열 열교환기(110)의 열원을 이용하여 온수를 생산한다.
한편, 상기 온수 저장탱크(130)는 지열 히트펌프(120)로부터 생산된 온수를 저장한다.
이러한 상기 온수 저장탱크(130)에는 난방수 순환관(140)이 연결되어 상기 난방수 순환관(140)을 통해 온수가 각 세대로 순환되게 하여 난방을 하게 된다.
이와 같은 시스템은 통상의 구성으로, 종래 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
또한, 이러한 시스템은 단독 주택 혹은 공동 주택에 적용될 수 있으며, 공동 주택의 적용시 난방수 순환관을 공동 주택의 각 세대를 경유하도록 설치하면 된다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지열과 태양광 연계 제어를 통한 냉난방 온수 보일러 시스템에는 컨트롤러(200)가 구비된다.
이러한 컨트롤러(200)는 본 발명의 특징을 이루는 구성요소 중 한 부분으로서, 상기 지열 열교환기(110), 지열 히트펌프(120), 온수 저장탱크(130), 펌프, 밸브의 동작을 제어해준다.
특히, 상기 컨트롤러(200)는 후술하는 전기 히터봉(160)의 가동을 제어하는데, 본 발명의 컨트롤러(200)는 전기 히터봉과 지열 히트펌프의 가동을 교번 운전하도록 제어하는데 특징이 있다.
본 발명의 시스템에서, 전기 히터봉(160)은 온수 저장탱크(130)내에 설치되어 상기 온수 저장탱크(130) 내의 온수를 가열한다. 즉, 상기 전기 히터봉(160)은 지열 히트펌프(120)에 의해 가열된 온수를 더 가열하여 줌으로서 온수의 온도를 올려준다.
이러한 상기 전기 히터봉(160)은 태양광 전원에 의해 가동되도록 태양광 전원이 공급될 수 있게 태양광 모듈(170)이 설치된다.
이때, 상기 태양광 모듈(170)에서 얻은 전기는 접속함(172)과 인버터(174)를 통해 공급되도록 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 태양광 모듈(170)에서 전기를 생산하는 기술은 통상의 기술이다.
따라서, 본 발명은 상기 태양광 모듈(170)을 통해 전원을 공급받아 작동되는 전기 히터봉(160)과 상기 지열 히트펌프(120)를 교번 운전하도록 컨트롤러(200)로 제어하게 되는데, 이때 상기 온수 저장탱크(130) 내에는 온도 감지센서(132)가 구비되어 상기 온도 감지센서(132)에서 감지되는 온도에 따라 전기 히터봉(160)과 지열 히트펌프(120)를 교본 운전하도록 제어한다.
이와 같이 전기 히터봉(160)과 지열 히트펌프(120)를 교번 운전하도록 제어하는 상기 컨트롤러(200)는, 상기 온도 감지센서(132)에 의해 온수 저장탱크(130) 내의 온수 온도를 감지하여, 상기 온수 저장탱크(130) 내의 온수가 최저 셋팅온도와 설정 셋팅온도 및 최고 셋팅온도에 도달시마다 상기 지열 히프펌프(120)와 상기 전기 히터봉(160)이 교번 운전하도록 제어하여 상기 온수 저장탱크(130) 내의 온수 온도를 유지하도록 제어한다.
이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 컨트롤러(200)는 온수 저장탱크(130) 내에 구비된 온도 감지센서(132)에 의해 온수의 온도를 감지하여, 상기 온수 저장탱크(130) 내의 온수가 최저 셋팅온도에 도달시 상기 전기 히터봉(160)의 가동은 정지된 상태에서 상기 지열 히트펌프(120)의 가동을 시작하여 상기 온수 저장탱크(130) 내의 온수를 설정 셋팅온도까지 올려준다.
또한, 상기 온수 저장탱크(130) 내의 온수가 설정 셋팅온도에 도달시 상기 지열 히트펌프(120)의 가동을 중지시킴과 동시에 태양광 전원에 의해 상기 전기 히터봉(160)의 가동을 시작하여 상기 온수 저장탱크(130) 내의 온수가 최고 셋팅온도에 도달시 전기 히터봉(160)의 가동을 중지시키도록 제어한다.
이때, 상기 지열 히트펌프(120)의 가동이 시작되는 상기 온수 저장탱크(130) 내의 온수 최저 셋팅온도는 30도이고, 상기 지열 히트펌프(120)의 가동이 정지됨과 동시에 상기 전기 히터봉(160)의 가동이 시작되는 상기 온수 저장탱크(130) 내의 온수 설정 셋팅온도는 45도이며, 상기 전기 히터봉(160)의 가동이 정지되는 상기 온수 저장탱크(130) 내의 온수 최고 셋팅온도는 75도가 바람직하다.
그러나 상기 각 셋팅온도는 변경하여 설정할 수 있다. 예컨대, 지열 히트펌프(120)의 가동이 시작되는 최저 셋팅온도를 25~35도로 변경 설정할 수 있고, 지열 히트펌프(120)의 가동은 정지되고 전기 히터봉의 가동이 시작되는 설정 셋팅온도는 40~50도로 변경 설정이 가능하며, 전기 히터봉의 가동이 정지되는 최고 셋팅온도는 70~80도로 변경 설정이 가능하고, 그 외 각 셋팅온도의 유사한 온도치에서 변경 가능함은 물론이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지열과 태양광 연계 제어를 통한 냉난방 온수 보일러 시스템에 구비되는 상기 온수 저장탱크(130)에는 온수 배관(150)이 더 구비되도록 수성되는 것이 바람직하다.
이러한 상기 온수 배관(150)은 상기 온수 저장탱크(130) 내로 급수가 공급되어 상기 온수 저장탱크(130) 내에서 온수와 열교환 된 후 온수로 배출될 수 있게 설치된다.
이때, 상기 온수 배관(150)은 상기 온수 저장탱크(130) 내에서 열교환 되는 부위가 나선형을 이루게 설치되는 것이 바람직하다.
이러한 온수 배관(150)의 설치로 인해 지열 냉난방 시스템에서도 온수의 사용이 가능하게 된다. 즉, 본 발명의 시스템은 온수 저장탱크(130) 내에 설치되는 전기 히터봉(160)에 의해 온수 저장탱크(130) 내의 온수 온도가 일정 온도 이상을 유지함으로서 온수 배관(150)의 설치로 온수의 사용이 가능하게 된다.
도시된 바와 같이, 지열과 태양광 연계 제어를 통한 냉난방 온수 보일러 제어 방법은, 이미 위에서 설명한 시스템에 구비되는 상기 컨트롤러(200)에 의해 지열 히트펌프(120)와 전기 히터봉(160)을 교본 운전하도록 제어하는데 특징이 있다.
이와 같이 지열 히트펌프(120)와 전기 히터봉(160)이 교본 운전하도록 제어할 수 있는 상기 컨트롤러(200)에서, 온수 저장탱크(130) 내에 구비되는 온도 감지센서(132)에 의해 온수의 온도를 감지하고, 상기 온도 감지센서(132)에서 감지된 온수 온도가 최저 셋팅온도와 설정 셋팅온도 및 최고 셋팅온도에 도달시마다 상기 지열 히트펌프와 상기 전기 히터봉이 교번 운전하도록 제어한다.
이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 컨트롤러(200)는 상기 온수 저장탱크 내에 구비된 온도 감지센서(132)에 의해 온수의 온도를 감지하여, 상기 온수 저장탱크 내의 온수가 최저 셋팅온도인 30도에 도달시 상기 전기 히터봉의 가동을 정지시킨 상태에서 상기 지열 히트펌프의 가동을 시작하여 상기 온수 저장탱크 내의 온수를 설정 셋팅온도인 45도까지 올려준다.
이후, 상기 온수 저장탱크 내의 온수가 설정 셋팅온도인 45도에 도달시 상기 지열 히트펌프의 가동을 중지시킴과 아울러 태양광 전원에 의해 상기 전기 히터봉의 가동을 시작하여 상기 온수 저장탱크 내의 온수가 최고 셋팅온도인 75도에 도달시 전기 히터봉의 가동을 중지시키도록 제어한다.
또한, 본 발명은 상기 전기 히터봉(160)에 태양광 모듈을 설치하여 태양광 전원으로 가동되게 제어함으로써, 동력을 절감할 수 있고 상기 전기 히터봉으로 온수 저장탱크 내의 온수를 더 가열함으로써 지열 히트펌프(120)의 가동 시간을 줄여 지열 히트펌의 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명의 가장 큰 특징은, 통상의 시스템에 구비되는 온수 저장탱크 내에 태양광 모듈에 의해 전원을 공급받아 가동되는 전기 히터봉을 더 설치하고, 상기 전기 히터봉과 지열 히트펌프를 온수 저장탱크 내의 온수 온도에 따라 상기 컨트롤러에 의해 교번 운전하도록 제어하데 있다.
이상에서와 같은 기술적 구성에 의해 본 발명의 기술적 과제가 달성되는 것이며, 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 여기에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능한 것임은 물론이다.
110 - 지열 열교환기 120 - 지열 히트펌프
130 - 온수 저장탱크 132 - 온도 감지센서
140 - 난방수 순환관 150 - 온수 배관
160 - 전기 히터봉 170 - 태양광 모듈
200 - 컨트롤러

Claims (6)

  1. 지중에 설치되어 열원을 취득하여 공급하는 지열 열교환기;
    상기 지열 열교환기와 순환관을 통해 연결되어 상기 지열 열교환기의 열원을 이용하여 온수를 생산하는 지열 히트펌프; 및
    상기 지열 히트펌프로부터 생산된 온수를 저장함과 아울러 온수를 순환시켜 난방할 수 있는 난방수 순환관이 연결된 온수 저장탱크; 를 포함하고,
    상기 온수 저장탱크 내에 설치되어 상기 온수 저장탱크 내의 온수를 가열하는 전기 히터봉;
    상기 전기 히터봉에 태양광 전원을 공급할 수 있도록 설치된 태양광 모듈; 및
    상기 태양광 모듈을 통해 전원을 공급받아 작동되는 전기 히터봉과 상기 지열 히트펌프를 교번 운전하도록 제어하는 컨트롤러;를 포함하되,
    상기 컨트롤러는:
    상기 온수 저장탱크 내에 구비되는 온도 감지센서(132)에 의해 온수의 온도를 감지하여, 상기 온수 저장탱크 내의 온수가 최저 셋팅온도와 설정 셋팅온도 및 최고 셋팅온도에 도달시마다 상기 지열 히트펌프와 상기 전기 히터봉이 교번 운전하도록 제어하여 상기 온수 저장탱크 내의 온수 온도를 유지하도록 제어하고,
    상기 전기 히터봉을 태양광 모듈과 연계하여 가동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 지열과 태양광 연계 제어를 통한 냉난방 온수 보일러 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는:
    상기 온수 저장탱크 내에 구비된 온도 감지센서(132)에 의해 온수의 온도를 감지하여, 상기 온수 저장탱크 내의 온수가 최저 셋팅온도에 도달시 상기 전기 히터봉의 가동은 정지된 상태에서 상기 지열 히트펌프의 가동을 시작하여 상기 온수 저장탱크 내의 온수를 설정 셋팅온도까지 올려주고,
    상기 온수 저장탱크 내의 온수가 설정 셋팅온도에 도달시 상기 지열 히트펌프의 가동을 중지시킴과 아울러 태양광 전원에 의해 상기 전기 히터봉의 가동을 시작하여 상기 온수 저장탱크 내의 온수가 최고 셋팅온도에 도달시 전기 히터봉의 가동을 중지시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 지열과 태양광 연계 제어를 통한 냉난방 온수 보일러 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지열 히트펌프의 가동이 시작되는 상기 온수 저장탱크 내의 온수 최저 셋팅온도는 30도이고, 상기 지열 히트펌프의 가동이 정지됨과 아울러 상기 전기 히터봉의 가동이 시작되는 상기 온수 저장탱크 내의 온수 설정 셋팅온도는 45도이며, 상기 전기 히터봉의 가동이 정지되는 상기 온수 저장탱크 내의 온수 최고 셋팅온도는 75도임을 특징으로 하는 지열과 태양광 연계 제어를 통한 냉난방 온수 보일러 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 온수 저장탱크에는 온수 배관이 더 구비되되,
    상기 온수 배관은:
    상기 온수 저장탱크 내로 급수가 공급되어 상기 온수 저장탱크 내에서 온수와 열교환 된 후 온수로 배출될 수 있게 설치되되,
    상기 온수 배관은, 상기 온수 저장탱크 내에서 열교환 되는 부위가 나선형을 이루게 설치된 것을 특징으로 하는 지열과 태양광 연계 제어를 통한 냉난방 온수 보일러 시스템.
  5. 지중에 설치되어 열원을 취득하여 공급하는 지열 열교환기; 상기 지열 열교환기와 순환관을 통해 연결되어 상기 지열 열교환기의 열원을 이용하여 온수를 생산하는 지열 히트펌프; 상기 지열 히트펌프로부터 생산된 온수를 저장함과 아울러 온수를 순환시켜 난방할 수 있는 난방수 순환관이 연결된 온수 저장탱크;를 구비하고,
    상기 온수 저장탱크 내에 설치되어 상기 온수 저장탱크 내의 온수를 가열하는 전기 히터봉; 상기 전기 히터봉에 의해 가열된 온수와 열교환되도록 상기 온수 저장탱크 내로 급수가 공급되어 상기 온수 저장탱크 내를 경유 후 온수로 배출될 수 있게 설치된 온수 배관; 및 상기 전기 히터봉과 지열 열교환기를 제어할 수 있는 컨트롤러;를 구비하되,
    상기 컨트롤러에 의한 제어는:
    상기 온수 저장탱크 내에 구비되는 온도 감지센서(132)에 의해 온수의 온도를 감지하고, 상기 온도 감지센서(132)에서 감지된 온수 온도가 최저 셋팅온도와 설정 셋팅온도 및 최고 셋팅온도에 도달시마다 상기 지열 히트펌프와 상기 전기 히터봉이 교번 운전하도록 제어하되,
    상기 전기 히터봉은 태양광 모듈을 설치하여 태양광 전원으로 가동되게 제어하는 것을 특징으로 하는 지열과 태양광 연계 제어를 통한 냉난방 온수 보일러 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 컨트롤러에 의한 제어는:
    상기 온수 저장탱크 내에 구비된 온도 감지센서(132)에 의해 온수의 온도를 감지하여, 상기 온수 저장탱크 내의 온수가 최저 셋팅온도인 30도에 도달시 상기 전기 히터봉의 가동을 정지시킨 상태에서 상기 지열 히트펌프의 가동을 시작하여 상기 온수 저장탱크 내의 온수를 설정 셋팅온도인 45도까지 올려주고,
    상기 온수 저장탱크 내의 온수가 설정 셋팅온도인 45도에 도달시 상기 지열 히트펌프의 가동을 중지시킴과 아울러 태양광 전원에 의해 상기 전기 히터봉의 가동을 시작하여 상기 온수 저장탱크 내의 온수가 최고 셋팅온도인 75도에 도달시 전기 히터봉의 가동을 중지시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 지열과 태양광 연계 제어를 통한 냉난방 온수 보일러 제어 방법.
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Cited By (7)

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CN114704956A (zh) * 2022-04-09 2022-07-05 江苏德发房车科技有限公司 多能源节能热水系统

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CN109764400A (zh) * 2019-03-07 2019-05-17 北京市热力集团有限责任公司 热网、地热跨季节储热、供热方法及系统
CN109764400B (zh) * 2019-03-07 2023-04-28 北京市热力集团有限责任公司 热网、地热跨季节储热、供热方法及系统
CN111964270A (zh) * 2020-08-07 2020-11-20 巢湖宜安云海科技有限公司 一种用于热泵热水器的节能速热器
CN111947226A (zh) * 2020-08-21 2020-11-17 中竞同创能源环境科技集团股份有限公司 一种绿色低碳综合能源利用系统及方法
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