KR20190043337A - Geothemal energy-heating and cooling system using collaborative control - Google Patents

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한국생산기술연구원
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Abstract

According to the present invention, a geothermal heating and cooling system using collaborative control of a compressor and a pump comprises: a geothermal well provided with a production well inserted into the ground for geothermal heat to be collected on the ground by operation of a geothermal well pump and an injection well in which a heat medium in which geothermal heat is collected returns to the ground; a heat exchanger in which the geothermal heat collected through the geothermal well is exchanged; and a heat pump provided with an evaporator, a compressor, a condenser, and an expansion valve for cooling and heating to be performed through heat supplied through the heat exchanger. In the compressor, a compression capacity is determined in proportion to a load set for cooling or heating.

Description

압축기 및 펌프의 연계제어가 수행되는 지열냉난방 시스템{GEOTHEMAL ENERGY-HEATING AND COOLING SYSTEM USING COLLABORATIVE CONTROL}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a geothermal cooling / heating system, and more particularly to a geothermal cooling /

본 발명은 지열을 이용하여 냉난방을 수행하기 위한 지열냉난방 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지열을 지상으로 회수하여 냉난방을 수행하기 위해 투여되는 전력량이 실제 수행되는 냉난방을 위한 부하값과 연계되도록 하여 소모되는 전력량을 줄임으로 냉난방효율을 높인 지열냉난방 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a geothermal cooling and heating system for performing cooling and heating using geothermal heat and, more particularly, to a geothermal cooling and heating system for recovering geothermal heat from a ground to be connected to a load value for cooling and heating, The present invention relates to a geothermal heating and cooling system that improves the efficiency of heating and cooling by reducing the amount of power consumed.

일반적으로 에너지의 소비는 늘어나는 추세이나 화석에너지는 한정되어 있고, 에너지를 생산하기 위한 다양한 종래의 기술들은 지구온난화나 환경오염에 노출되어 있는 경우가 많았다.In general, consumption of energy is increasing, but fossil energy is limited, and various conventional technologies for producing energy are often exposed to global warming or environmental pollution.

이에따라, 친환경적이면서도 종래의 에너지자원을 대체할 수 있는 대체에너지의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.Accordingly, development of alternative energy that is eco-friendly and can replace conventional energy resources is actively being carried out.

특히 재생가능한 에너지(renewable energy)의 중요도가 높아이고 있으며, 이러한 에너지로는 태양광, 풍력, 수력, 지열, 생물자원, 조력 등의 다양한 형태로 개발 및 연구가 진행되고 있다.Especially, the importance of renewable energy is high. Such energy is being developed and studied in various forms such as solar, wind, hydro, geothermal, biomass, and tidal power.

특히 지열에너지의 경우 지구 자체에 내재되어 있는 열에너지를 지칭하는 것으로, 지구 내부로부터의 복사열이나 방사성 동위원소 붕괴열과 같은 지중의 열을 지상으로 회수하여 발전이나 냉난방에 활용하는 방법이 널리 실시되고 있다.In particular, geothermal energy refers to the thermal energy inherent in the earth itself, and methods for recovering heat from the earth such as radiant heat from inside the earth and radioactive isotope decay heat to the ground for utilization in power generation and heating and cooling are widely practiced.

지열에너지의 활용을 크게 나누어 보면, 연중 15도 정도의 온도를 유지하는 비교적 지표과 가까운 지중의 천부지열을 이용하여 냉난방에 활용하는 경우와, 지중 깊숙이 천공된 지열정을 통해 150도 이상의 고온의 열을 지상으로 회수하여 발전에 활용하는 경우를 들 수 있다.The use of geothermal energy is largely divided into two types: the case of using geothermal heat near the surface, which maintains a temperature of about 15 degrees a year, and the use of geothermal energy for cooling and heating, And recovering it to the ground and utilizing it for power generation.

물론, 지중으로 관입되는 지열정의 형태, 관입되는 깊이, 열을 회수하기 위한 열매체의 사용여부 등 다양한 양태로 세분화될 수 있으나, 친환경 재생에너지에 대한 관심 및 개발이 활발하여진 지가 오래되지 않아 지열에너지의 활용에 대한 개량 및 개발이 다양하게 요구되는 상황이며 그 개량 및 개발로 인해 산업에 이바지 할 수 있는 가능성은 매우 높다고 할 수 있다.Of course, it can be subdivided into various forms such as the form of passive penetration into the ground, the depth to be penetrated, and whether or not the heating medium is used to recover the heat. However, since interest and development of the environmentally friendly renewable energy has not been actively developed, The development and improvement of the utilization of the technology is required in various ways, and the possibility of contributing to the industry due to its improvement and development is very high.

특히, 지열을 통해 냉난방을 수행하는 경우 지열을 지상으로 회수하는 공정이나 열교환을 위해 히트펌프의 가동을 하기 위해서는 전력이 공급되어야 하고, 지열을 지상으로 회수하기 위해 가동되는 펌프의 경우에는 상대적으로 큰 전력소모가 발생된다는 문제점이 있었다.Particularly, in the case of performing cooling and heating through geothermal heat, electric power must be supplied in order to recover the geothermal heat to the ground or to operate the heat pump for heat exchange. In the case of a pump that is operated to recover geothermal heat to the ground, Power consumption is generated.

지열을 이용해 에너지를 생산하기 위한 본질적인 목적을 위해 에너지를 생산하는 과정에서 소모되는 외부에너지의 소비를 줄이는 방안은 생산효율과 직결되는 사안으로서, 지열을 회수하여 냉난방을 수행함에 있어 투여되는 전기에너지를 절감하기 위한 방안이 지속적으로 요구되어 왔다.For the intrinsic purpose of producing energy using geothermal energy, the way to reduce the consumption of external energy consumed in the process of producing energy is a matter directly related to the production efficiency, and the electric energy to be recovered from the geothermal heat recovery There has been a continuing demand for measures to save money.

따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.Therefore, a method for solving such problems is required.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 냉난방을 위해 실제 투요되는 부하를 기준으로 히트펌프의 압축기가 작동되는 압축용량이 결정되고, 지열을 회수하기 위한 지열정펌프의 가동량 또한 이에 종속되도록 하여 지열을 냉난방에너지로 변환시키는 과정에서 소모되는 전기에너지의 소비를 현저히 감소시킨 지열냉난방 시스템을 제공하기 위함이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is conceived to solve the above-described problems of the conventional art, and it is an object of the present invention to provide a heat pump that is capable of determining the compression capacity at which a compressor of a heat pump is operated on the basis of a load actually applied for cooling and heating, The present invention provides a geothermal heating and cooling system in which consumption of electric energy consumed in the process of converting geothermal heat into cooling and heating energy is remarkably reduced.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 압축기 및 펌프의 연계제어가 수행되는 지열냉난방 시스템은 지중으로 관입되어 지열정펌프의 작동에 의해 지상으로 지열이 회수되는 생산정과 지열이 회수된 열매체가 지중으로 복귀되는 주입정이 구비되는 지열정, 지열정을 통해 회수된 지열이 교환되는 열교환기 및 증발기, 압축기, 응축기 및 팽창밸브가 구비되어 열교환기를 통해 공급받은 열을 통해 냉난방이 수행되는 히트펌프가 포함되고, 압축기는 냉방 또는 난방을 위해 설정되는 부하와 비례하여 압축용량이 결정된다.In order to accomplish the above object, the geothermal cooling and heating system in which the joint control of the compressor and the pump of the present invention is carried out is a system in which geothermal heat is recovered from the ground by the operation of a passive pump, And a heat pump having an evaporator, a compressor, a condenser, and an expansion valve, through which the geothermal heat is recovered, and a heat pump that performs cooling and heating through the heat supplied through the heat exchanger , The compressor determines the compression capacity in proportion to the load set for cooling or heating.

또는, 지열정펌프는 압축기의 압축용량에 종속되어 가동되고, 압축기의 압축용량이 증가 시 지열정펌프의 작동유량이 증가하며, 압축기의 압축용량이 감소 시 지열정펌프의 작동유량이 감소된다.Alternatively, the geothermal pump operates in dependence on the compression capacity of the compressor, the operating flow rate of the passive pump increases as the compression capacity of the compressor increases, and the operating flow rate of the passive pump decreases as the compression capacity of the compressor decreases.

그리고, 생산정을 통해 지상으로 회수되는 열매체 및 주입정을 통해 지중으로 복귀되는 열매체의 온도차가 기 설정된 온도차 보다 작을 경우 지열정펌프의 작동이 중단된다.When the temperature difference between the heating medium recovered to the ground through the production well and the heating medium returned to the ground through the injection well is smaller than the preset temperature difference, the operation of the exhaust heat transfer pump is stopped.

또는, 압축기의 압축용량에 따라 히트펌프에 요구되는 필요열량을 통해 산출되는 필요온도차보다 생산정을 통해 지상으로 회수되는 열매체 및 주입정을 통해 지중으로 복귀되는 열매체의 온도차가 작을 경우 지열정펌프의 작동이 중단된다.Alternatively, when the temperature difference between the heating medium recovered to the ground through the production well and the heating medium returned to the ground through the injection well is smaller than the required temperature difference calculated through the required heat amount required for the heat pump according to the compression capacity of the compressor, Operation is interrupted.

그리고, 열교환기 및 히트펌프간에 열전달이 수행되는 순환라인 및 순환라인을 통해 열전달이 수행되도록 작동되는 순환펌프가 포함되고, 순환펌프는 지열정펌프의 작동유량과 비례하여 작동유량이 결정된다.In addition, a circulation line in which heat transfer is performed between the heat exchanger and the heat pump, and a circulation pump operated to perform heat transfer through the circulation line are included, and the circulation pump is operated in proportion to the operation flow rate of the geothermal pump.

또는, 히트펌프는 냉난방 위치로 열전달이 수행되는 공급라인 및 공급라인을 통해 열전달이 수행되도록 작동되는 공급펌프가 포함되고, 공급펌프는 압축기의 압축용량에 따라 작동유량이 결정된다.Alternatively, the heat pump includes a supply line through which heat is transferred to the cooling / heating position and a supply pump operated to perform heat transfer through the supply line, and the supply pump determines the operating flow rate according to the compression capacity of the compressor.

그리고, 압축기의 압축용량은 압축기에 공급되는 전력량을 통해 조절된다.The compression capacity of the compressor is adjusted through the amount of power supplied to the compressor.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 압축기 및 펌프의 연계제어가 수행되는 지열냉난방 시스템은 실제 냉난방을 위해 입력되는 정보를 통해 부하가 결정되고, 결정된 부하에 따라 압축기를 통한 압축용량이 조절되므로, 불필요한 히트펌프의 가동을 방지할 수 있고, 지열정펌프의 가동량이나 가동여부를 실제 열교환이 수행된 열량에 연동되어 수행되도록 하여 불필요한 전기에너지의 소모를 줄일 수 있고, 종국적으로 시스템효율을 대폭 상승시키는 효과가 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a geothermal cooling / heating system including a compressor and a pump. The geothermal heating / cooling system controls the compression capacity of the geothermal cooling / It is possible to prevent the unnecessary operation of the heat pump and reduce the consumption of unnecessary electric energy by causing the operation amount of the geothermal pump to be operated in conjunction with the actual heat exchanged amount of heat, .

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지열냉난방 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지열냉난방 시스템의 난방 시 상태를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지열냉난방 시스템의 냉방 시 상태를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지열냉난방 시스템의 압축기 및 지열정펌프가 설정된 부하에 따라 작동되는 상태를 나타낸 흐름도이다.
도 5는 종래 지열냉난방 시스템의 전력소모패턴을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 지열냉난방 시스템의 전력소모패턴을 나타낸 그래프이다.1 is a schematic view of a geothermal cooling / heating system according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic view showing a heating state of a geothermal cooling / heating system according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic view showing a cooling state of a geothermal cooling / heating system according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a state in which a compressor and a geothermal heat pump of a geothermal cooling / heating system according to an embodiment of the present invention are operated according to a set load.
5 is a graph showing a power consumption pattern of a conventional geothermal cooling / heating system.
6 is a graph illustrating a power consumption pattern of the geothermal cooling / heating system according to an embodiment of the present invention.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In describing the present embodiment, the same designations and the same reference numerals are used for the same components, and further description thereof will be omitted.

본 발명에 따른 압축기 및 펌프의 연계제어가 수행되는 지열냉난방 시스템은 하기 되는 것과 같이 실시될 수 있다.The geothermal cooling and heating system in which the coupling control of the compressor and the pump according to the present invention is performed can be carried out as follows.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지열냉난방 시스템의 개략도이다.1 is a schematic view of a geothermal cooling / heating system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 및 펌프의 연계제어가 수행되는 지열냉난방 시스템은 지중으로 관입되어 지열정펌프(130)의 작동에 의해 지상으로 지열이 회수되는 생산정(110)과 지열이 회수된 열매체가 지중으로 복귀되는 주입정(120)이 구비되는 지열정(100), 지열정(100)을 통해 회수된 지열이 교환되는 열교환기(200) 및 증발기(320), 압축기(330), 응축기(310) 및 팽창밸브(340)가 구비되어 열교환기(200)를 통해 공급받은 열을 통해 냉난방이 수행되는 히트펌프(300)가 포함될 수 있다.Referring to FIG. 1, the geothermal cooling / heating system in which the control of the compressor and the pump is performed according to an embodiment of the present invention is introduced into the ground, and the geothermal heat is recovered to the ground by the operation of the passive pump 130 A heat exchanger 200 in which the geothermal heat recovered through the geothermal column 100 is exchanged, and an evaporator 320 in which the geothermal heat is recovered, The heat pump 300 may include a compressor 330, a condenser 310 and an expansion valve 340 so that cooling and heating is performed through the heat supplied through the heat exchanger 200.

그리고, 압축기(330)는 냉방 또는 난방을 위해 설정되는 부하와 비례하여 압축용량이 결정될 수 있다.Then, the compressor 330 can determine the compression capacity in proportion to the load set for cooling or heating.

아래에서는 상기된 각각의 구성을 구체적으로 자세하게 설명한다.Each of the above-described configurations will be described in detail below.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지열냉난방 시스템의 난방 시 상태를 나타낸 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지열냉난방 시스템의 냉방 시 상태를 나타낸 개략도이다.FIG. 2 is a schematic view of a geothermal cooling / heating system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a schematic view illustrating a cooling state of a geothermal cooling / heating system according to an embodiment of the present invention.

지열정(100)은 지중으로 관입되어 지중열에 의해 가열된 열매체가 지상으로 순환될 수 있도록 지중으로 열매체가 주입되는 주입정(120)과 지중으로부터 열매체가 지상으로 인양되는 생산정(110)이 구비될 수 있다.The geothermal column 100 includes an injection chamber 120 through which a heating medium is injected into the ground so that the heating medium heated by the geothermal heat can be circulated to the ground and a production chamber 110 through which the heating medium is lifted to the ground .

본 발명의 일 실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이 하나의 지열정(100)에 생산정(110) 및 주입정(120)이 구비될 수 있고, 생산정(110)의 내측 관로를 통해 열매체가 지상으로 인양되고, 생산정(110)의 외측공간으로서 지열정(100)의 내측면과의 사이로 주입정(120)이 형성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, a production chamber 110 and an injection chamber 120 may be provided in a single geothermal column 100, And the injection pores 120 can be formed between the inner surface of the trough 100 as an outer space of the production trough 110. [

이는 예시적인 것으로서 본 발명이 적용되는 실시예에 따라 다양한 양태로 실시될 수 있으며, 지중의 열매체가 지상으로 인양되고 다시 지중으로 복귀할 수 있도록 구비되면 될 것이다.The present invention may be embodied in various forms according to an embodiment to which the present invention is applied, and it may be provided that the heating medium in the ground is lifted to the ground and returned to the ground again.

본 발명의 일 실시예에서 열매체는 지중의 열이 복사되어 유지된 채로 생산정(110) 및 주입정(120)을 통해 순환될 수 있는 열전도액체가 될 수 있고, 지하수를 인양하여 다시 주입정(120)으로 복귀 시킴으로 실시될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the heating medium may be a thermally conductive liquid that can be circulated through the production well 110 and the injection well 120 while being kept radically copied and stored in the ground, 120). ≪ / RTI >

본 발명의 일 실시예에 따른 지열냉난방 시스템은 지중의 지열을 지상으로 회수하여 히트펌프(300)를 통해 냉방 또는 난방이 수행되도록 한 장치이다.The geothermal cooling / heating system according to an embodiment of the present invention is a device that recovers geothermal heat from the ground to the ground and performs cooling or heating through the heat pump 300.

따라서, 생산정(110)을 통해 지상으로 회수되는 지열은 히트펌프(300)의 증발기(320) 또는 응축기(310)와 열교환이 되고, 회수된 지열이 증발기(320)와 열교환이 되어 히트펌프(300)의 냉매가 기회됨에 따라 지닌 열을 히트펌프(300)로 전달하고, 증발기(320)를 통해 흡수된 열은 응축기(310)를 통해 난방에 활용된다.The geothermal heat recovered to the ground through the production well 110 is heat-exchanged with the evaporator 320 or the condenser 310 of the heat pump 300 and the recovered geothermal heat is heat-exchanged with the evaporator 320, The heat absorbed by the evaporator 320 is utilized for heating through the condenser 310. The heat absorbed by the evaporator 320 is supplied to the heat pump 300 through the condenser 310,

또는, 냉방 시에는 냉방을 위한 공간의 열이 히트펌프(300)의 증발기(320)와 열교환되어 히트펌프(300)로 열이 흡수되고, 흡수된 열은 응축기(310)를 통해 지중으로 전달되어 지중으로 흡수되도록 구성된다.Alternatively, when cooling is performed, heat in a space for cooling is heat-exchanged with the evaporator 320 of the heat pump 300, heat is absorbed by the heat pump 300, and the absorbed heat is transferred to the ground through the condenser 310 And is absorbed into the ground.

이러한 구성은 천부지열을 이용한 지열냉난방 시스템의 특성으로서, 연중 일정한 온도(대략 15도)를 유지하는 천부지열을 이용하여 난방 및 냉방을 실시할 수 있도록 한 구성이다.This configuration is a characteristic of the geothermal heating and cooling system using the deep geothermal heat, and is configured to be able to perform heating and cooling by using the geothermal heat that maintains a constant temperature (about 15 degrees) throughout the year.

상기한 난방 또는 냉방의 실시예는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같다.The embodiment of heating or cooling described above is as shown in Figs. 2 and 3. Fig.

이때, 지열정(100)으로부터 회수된 지열은 히트펌프(300)와의 사이에 추가적으로 배치되는 열교환기(200)를 경유하여 히트펌프(300)로 전달될 수 있다.At this time, the geothermal heat recovered from the geothermal heat pump 100 may be transmitted to the heat pump 300 via the heat exchanger 200 disposed between the heat pump 300 and the heat pump 300.

열교환기(200)는 지열이 복사되어 흡수되거나, 히트펌프(300)로부터 전달되는 열을 지중으로 전달하는 매개체가 되며, 지하수를 열매체로 활용 시 지하수와 함께 유입되는 황산, 비소등의 성분이나 이물질들로 인해 히트펌프(300)의 수명이 단축되는 것을 방지하고, 수시로 점검 및 보수가 수월하도록 하는 효과가 있다.The heat exchanger 200 is a medium for radiating geothermal heat and transmitting heat from the heat pump 300 to the ground. When the groundwater is used as a heating medium, components such as sulfuric acid, arsenic, The life of the heat pump 300 can be prevented from being shortened, and the maintenance and repair of the heat pump 300 can be facilitated from time to time.

지열이 전달되는 경로를 보다 상세하게 서술하면, 생산정(110)으로부터 지상으로 인양되는 열매체는 생산라인(112)을 통해 열교환기(200)를 경유하고, 주입라인(122)을 거쳐 주입정(120)으로 복귀하게 된다.The heating medium lifted from the production well 110 to the ground is passed through the heat exchanger 200 through the production line 112 and is fed through the injection line 122 120).

열매체의 순환은 지열정펌프(130)의 작동으로 이루어지며, 지열정펌프(130)는 도 1에 도시된 바와 같이 지중에 구비될 수 있으며, 이는 예시적인 것으로서 본 발명이 적용되는 실시예에 따라 다양한 위치나 형태로 배치될 수 있다.The circulation of the heating medium is performed by the operation of the geothermal pump 130, and the geothermal pump 130 may be provided in the ground as shown in FIG. 1, which is an exemplary embodiment, And can be arranged in various positions or shapes.

열교환기(200) 및 히트펌프(300)의 사이에는 순환라인(210)이 구비되고, 순환라인(210)은 열교환기(200) 및 히트펌프(300)의 사이에서 상호 열전달이 되도록 작동하게 되며, 이때 순환라인(210)상에는 열교환을 위한 순환펌프(220)가 더 구비될 수 있다.A circulation line 210 is provided between the heat exchanger 200 and the heat pump 300 and the circulation line 210 is operated to mutually transfer heat between the heat exchanger 200 and the heat pump 300 At this time, a circulation pump 220 for heat exchange may be further provided on the circulation line 210.

그리고, 히트펌프(300)를 통해 축열된 열에너지는 공급라인(350)을 통해 특정 건물이나 장소에 전달되어 난방이 수행될 수 있고, 반대로 특정 건물이나 장소의 열을 흡수하여 공급라인(350)을 통해 히트펌프(300)로 열전달이 이루어질 수 있다.The heat energy accumulated through the heat pump 300 is transferred to a specific building or place through the supply line 350 to be heated. Conversely, the heat energy is absorbed by the specific building or place, The heat transfer to the heat pump 300 can be performed.

공급라인(350) 또한 열전달이 이루어질 수 있도록 공급펌프(360)가 구비될 수 있다.The supply line 350 may also be provided with a supply pump 360 to allow heat transfer.

히트펌프(300)는 냉매가 순환되는 사이클을 지니고, 냉매가 압축기(330)의 작동에 의해 순환되며, 증발기(320)에서 주변의 열을 흡수하여 기화되고, 팽창밸브(340)를 거쳐 응축기(310)에서 응축되며 주변으로 열을 방출하는 구성을 지니게 된다.The heat pump 300 has a cycle in which the refrigerant is circulated and the refrigerant is circulated by the operation of the compressor 330. The evaporator 320 absorbs the ambient heat and is vaporized and is condensed by the condenser 310 to condense and release heat to the surroundings.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 특정 건물이나 장소와 같은 대상공간의 냉방 시 또는 난방 시에 따라 증발기(320) 및 응축기(310)의 역할이 변환될 수 있다.As shown in FIGS. 2 and 3, the roles of the evaporator 320 and the condenser 310 can be changed depending on the cooling or heating of a target space such as a specific building or a place.

본 발명의 일 실시예에 따른 지열냉난방 시스템은 친환경 재생에너지원으로서 지중의 열을 에너지원으로서 활용하는 기술이나, 이를 위해서는 지열정펌프(130), 순환펌프(220), 압축기(330) 및 공급펌프(360)와 같은 구성에 전기에너지의 투여가 요구된다.The geothermal cooling and heating system according to an embodiment of the present invention is a technology that utilizes underground heat as an energy source as an environmentally friendly renewable energy source. However, the geothermal cooling and heating system according to an embodiment of the present invention includes a geothermal pump 130, a circulation pump 220, Administration of electrical energy to the same configuration as the pump 360 is required.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지열냉난방 시스템의 압축기 및 지열정펌프가 설정된 부하에 따라 작동되는 상태를 나타낸 흐름도이고, 도 5는 종래 지열냉난방 시스템의 전력소모패턴을 나타낸 그래프이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 지열냉난방 시스템의 전력소모패턴을 나타낸 그래프이다.FIG. 4 is a flowchart illustrating a state in which a compressor and a geothermal pump of a geothermal cooling / heating system according to an embodiment of the present invention are operated according to a set load, FIG. 5 is a graph illustrating a power consumption pattern of a conventional geothermal cooling / 6 is a graph illustrating a power consumption pattern of a geothermal cooling / heating system according to an embodiment of the present invention.

상술한 바와 같이 전기에너지가 투여되어 지열을 에너지원으로 재생시키는 본 발명의 일 실시예에 따른 지열냉난방 시스템은 투여되는 전기에너지의 최소화를 위해 다음과 같은 특징을 지닌다.As described above, the geothermal cooling and heating system according to one embodiment of the present invention, in which electric energy is applied to regenerate geothermal heat as an energy source, has the following characteristics for minimizing electric energy to be administered.

특정 건물이나 장소와 같은 대상공간의 냉방 또는 난방을 위해 설정되는 온도에 따라, 가열 또는 흡열 위해 히트펌프(300)에 부여되는 가동부하가 결정될 수 있고, 이렇게 결정된 부하에 따라서 압축기(330)의 작동이 선택적으로 이루어질 수 있다.Depending on the temperature set for cooling or heating of a target space such as a particular building or place, the operating load imparted to the heat pump 300 for heating or heat absorption can be determined, and the operation of the compressor 330 Can be selectively performed.

구체적으로는, 냉방 또는 난방을 위해 설정된 온도를 위해 히트펌프(300)를 통해 공급되거나 회수되어야 할 열량이 정해지고, 이 열량은 지열정(100)으로부터 공급되는 지열의 온도를 기초로 하여 단위 시간당 기화 및 응축이 되어야 하는 냉매의 순환량이 도출될 수 있다.Specifically, the amount of heat to be supplied or recovered through the heat pump 300 is determined for the temperature set for cooling or heating, and the amount of heat is determined based on the temperature of the geothermal heat supplied from the geothermal column 100, The circulation amount of the refrigerant to be vaporized and condensed can be derived.

이는 열량이 냉매의 질량 및 온도변화량에 의해 구해질 수 있으므로, 설정된 온도를 위해 히트펌프(300)의 가동 부하가 결정될 수 있고, 부하가 높을 수록 압축기(330)의 순환용량을 늘려 빠르게 설정 온도에 근접할 수 있는 열량이 전달될 수 있다.Since the amount of heat can be determined by the mass of the refrigerant and the temperature change amount, the operating load of the heat pump 300 can be determined for the set temperature, and the higher the load, the faster the circulating capacity of the compressor 330 The calories that can be approximated can be delivered.

또는, 부하가 낮은 경우 부하와 비례하여 압축기(330)를 통한 냉매의 순환용량이 감소되도록 설정될 수 있다.Alternatively, if the load is low, the circulation capacity of the refrigerant through the compressor 330 may be set to decrease in proportion to the load.

압축기(330)를 통해 냉매의 순환용량이 조절됨과 함께 지중으로 부터 공급되는 지열이 히트펌프(300)를 통해 냉각되거나 가열되며 히트펌프(300)와 열교환이 수행되는 열량 또한 설정된 온도를 맞추기 위한 주요한 요소이다.The circulation capacity of the refrigerant is controlled through the compressor 330 and the geothermal heat supplied from the ground is cooled or heated through the heat pump 300 and the heat quantity to be subjected to the heat exchange with the heat pump 300 is also controlled Element.

따라서, 압축기(330)는 냉방 또는 난방을 위한 설정온도에 따라 결정되는 부하량에 비례하여 압축용량이 제어되고, 압축기(330)의 압축용량에 따라서 히트펌프(300)에서 흡수되거나 방출되는 열량은 생산정(110)을 통해 지상으로 회수되는 열매체와 주입정(120)을 통해 지중으로 복귀되는 열매체의 온도차를 통해 도출될 수 있다.Accordingly, the compression capacity of the compressor 330 is controlled in proportion to the load determined according to the set temperature for cooling or heating, and the amount of heat absorbed or discharged by the heat pump 300 according to the compression capacity of the compressor 330 is produced Can be derived through the temperature difference between the heating medium recovered to the ground through the crystal 110 and the heating medium returned to the ground through the crystal growth chamber 120.

생산정(110)을 통해 지상으로 회수되는 열매체와 주입정(120)을 통해 지중으로 복귀되는 열매체의 온도차는 생산라인(112) 및 주입라인(122)간의 온도차를 계측하여 입수될 수 있고, 이 온도차가 압축기(330)의 압축용량에 따라 히트펌프(300)에 요구되는 열량으로 구해지는 필요 온도차보다 작을 경우 지열정펌프(130)가 가동중단되고, 반대로 같거나 클 경우에는 지열정펌프(130)가 가동되도록 세팅될 수 있다.The temperature difference between the heating medium recovered to the ground through the production well 110 and the heating medium returned to the ground through the injection well 120 can be obtained by measuring the temperature difference between the production line 112 and the injection line 122, When the temperature difference is smaller than the required temperature difference which is determined by the amount of heat required of the heat pump 300 in accordance with the compression capacity of the compressor 330, the passive fuel pump 130 is shut off. Conversely, when the temperature difference is equal to or greater than the required temperature difference, May be set to operate.

이러한 구성은, 생산라인(112) 및 주입라인(122) 간의 온도차를 통해 회수되는 지열의 열량이 도출될 수 있으며, 이 온도차가 상술한 바와 같이 특정 기준으로 기 설정된 수치에 미치지 못할 경우 지열회수 효율이 급격히 나빠지는 현상에 따라 큰 전력이 소비되는 지열정펌프(130)의 가동을 효율적으로 지열이 회수되는 시기에만 작동되도록하여 효율을 높이는 효과가 있다.Such a configuration can derive the amount of heat of the geothermal heat recovered through the temperature difference between the production line 112 and the injection line 122. If the temperature difference does not reach a preset value by a specific standard as described above, The efficiency of operation of the passive pump 130 can be effectively increased only when the geothermal heat is recovered.

이는 도 5에 도시된 바와 같이 종래의 지열냉난방 시스템에서 단속적으로 압축기(330)나 펌프들을 가동하여 설정 온도를 맞추도록 한 방식에서는 전력의 불필요한 소모가 크게 발생되었던 단점을 개선한 것으로서, 설정온도에 따라 결정되는 부하량에 비례하여 압축기(330)에 공급되는 전력량을 조절함으로 압축용량이 결정되고, 압축용량의 증가 또는 감소함에따라 히트펌프(300)로 공급되는 지열의 열량이 최적을 이루도록 지열정펌프(130)의 작동 또한 단속적으로 수행된다.As shown in FIG. 5, in the conventional geothermal cooling and heating system, a method in which the compressor 330 and the pumps are operated intermittently to set the set temperature is unnecessarily consumed. The compression capacity is determined by adjusting the amount of power supplied to the compressor 330 in proportion to the load to be determined, and as the compression capacity is increased or decreased, the heat of the geothermal heat supplied to the heat pump 300 is optimized. (130) is also performed intermittently.

또한, 지열정펌프(130)의 작동은 압축기(330)의 압축용량에 종속되어 압축용량의 증가 시 작동유량이 증가하고, 압축용량이 감소 시 작동유량이 감소되도록 구성될 수 있다.In addition, the operation of the geothermal pump 130 may be configured to be dependent on the compression capacity of the compressor 330 so that the operation flow rate increases as the compression capacity increases, and the operation flow decreases as the compression capacity decreases.

그리고, 순환펌프(220)는 지열정펌프(130)의 작동유량에 따라서 작동될 수 있으며, 지열정펌프(130)의 작동유량의 증감에 따라서 순환펌프(220)의 작동유량이 증감되도록 구비될 수 있으며, 열교환기(200)에서의 열손실을 고려하여 지열정펌프(130) 대비 일정하게 작은 양의 작동유량으로 작동되도록 순환펌프(220)가 구비될 수 있다.The circulation pump 220 may be operated in accordance with the operation flow rate of the geothermal pump 130 and may be configured to increase or decrease the operation flow rate of the circulation pump 220 as the operation flow rate of the geothermal pump 130 increases or decreases. And the circulation pump 220 may be provided to operate at a constantly small operating flow rate relative to the geothermal pump 130 in view of the heat loss in the heat exchanger 200.

공급펌프(360)는 압축기(330)의 압축용량에 종속되어 압축용량에 따라 결정되는 히트펌프(300)의 흡수 또는 방출 열량에 기인하여 그 작동유량이 결정될 수 있다.The supply pump 360 can be determined based on the compression capacity of the compressor 330 and its operation flow rate can be determined by the absorption or discharge heat amount of the heat pump 300 determined by the compression capacity.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 지열냉난방 시스템의 구성은 전력이 소모되는 지열정펌프(130), 순환펌프(220), 공급펌프(360) 및 압축기(330)의 작동을 실제 난방 또는 냉방을 위해 이동되는 열에너지의 양에 따라 유기적으로 공급되는 전력량을 조절하므로 최소한의 전력 투여가 되도록 하여, 지열을 회수한 열에너지의 획득 효율을 극대화 하는 효과가 있다.The construction of the geothermal cooling / heating system according to an embodiment of the present invention is configured such that the operation of the passive pump 130, the circulation pump 220, the supply pump 360, and the compressor 330, It is possible to minimize the amount of power supplied by controlling the amount of electric power supplied to the plant in accordance with the amount of heat energy transferred to the plant, thereby maximizing the efficiency of obtaining heat energy recovered from the geothermal energy.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.It will be apparent to those skilled in the art that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It is obvious to them. Therefore, the above-described embodiments are to be considered as illustrative rather than restrictive, and the present invention is not limited to the above description, but may be modified within the scope of the appended claims and equivalents thereof.

100: 지열정 110: 생산정
112: 생산라인 120: 주입정
122: 주입라인 130: 지열정펌프
200: 열교환기 210: 순환라인
220: 순환펌프
300: 히트펌프 310: 응축기
320: 증발기 330: 압축기
340: 팽창밸브 350: 공급라인
360: 공급펌프100: Passion 110: Production
112: production line 120: injection well
122: injection line 130:
200: heat exchanger 210: circulation line
220: circulation pump
300: Heat pump 310: Condenser
320: Evaporator 330: Compressor
340: expansion valve 350: supply line
360: Feed pump

Claims (7)

지중으로 관입되어 지열정펌프의 작동에 의해 지상으로 지열이 회수되는 생산정과 지열이 회수된 열매체가 지중으로 복귀되는 주입정이 구비되는 지열정;
상기 지열정을 통해 회수된 지열이 교환되는 열교환기; 및
증발기, 압축기, 응축기 및 팽창밸브가 구비되어 상기 열교환기를 통해 공급받은 열을 통해 냉난방이 수행되는 히트펌프;가 포함되고,
상기 압축기는 냉방 또는 난방을 위해 설정되는 부하와 비례하여 압축용량이 결정되는 압축기 및 펌프의 연계제어가 수행되는 지열냉난방 시스템.
A process of recovering geothermal heat from the ground by the operation of a passive pump, which is intruded into the ground, and a process of returning the heat medium recovered from the geothermal heat to the ground;
A heat exchanger in which the geothermal heat recovered through the geothermal heat is exchanged; And
A heat pump having an evaporator, a compressor, a condenser, and an expansion valve, and performing heat and cooling through heat supplied through the heat exchanger,
Wherein the compressor is connected to a compressor and a pump whose compression capacity is determined in proportion to a load set for cooling or heating.
제1항에 있어서,
상기 지열정펌프는 상기 압축기의 압축용량에 종속되어 가동되고, 상기 압축기의 압축용량이 증가 시 상기 지열정펌프의 작동유량이 증가하며, 상기 압축기의 압축용량이 감소 시 상기 지열정펌프의 작동유량이 감소되는 압축기 및 펌프의 연계제어가 수행되는 지열냉난방 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the pump is operated depending on the compression capacity of the compressor, the operating flow rate of the geothermal pump increases when the compression capacity of the compressor increases, and the operating flow rate of the geothermal pump when the compression capacity of the compressor decreases. Wherein the reduced control of the compressor and the pump is performed.
제2항에 있어서,
상기 생산정을 통해 지상으로 회수되는 열매체 및 상기 주입정을 통해 지중으로 복귀되는 열매체의 온도차가 기 설정된 온도차 보다 작을 경우 상기 지열정펌프의 작동이 중단되는 압축기 및 펌프의 연계제어가 수행되는 지열냉난방 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein the control unit controls the connection of the compressor and the pump in which the operation of the geothermal pump is stopped when the temperature difference between the heating medium recovered to the ground through the production well and the heating medium returned to the ground through the injection well is smaller than a predetermined temperature difference, system.
제2항에 있어서,
상기 압축기의 압축용량에 따라 상기 히트펌프에 요구되는 필요열량을 통해 산출되는 필요온도차보다 상기 생산정을 통해 지상으로 회수되는 열매체 및 상기 주입정을 통해 지중으로 복귀되는 열매체의 온도차가 작을 경우 상기 지열정펌프의 작동이 중단되는 압축기 및 펌프의 연계제어가 수행되는 지열냉난방 시스템.
3. The method of claim 2,
When the temperature difference between the heating medium recovered to the ground through the production well and the heating medium returned to the ground through the injection well is smaller than the required temperature difference calculated through the required heat amount required for the heat pump according to the compression capacity of the compressor, A geothermal cooling / heating system in which the coupling control of a compressor and a pump in which the passive pump is stopped is performed.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 열교환기 및 상기 히트펌프간에 열전달이 수행되는 순환라인; 및
상기 순환라인을 통해 열전달이 수행되도록 작동되는 순환펌프;가 포함되고,
상기 순환펌프는 상기 지열정펌프의 작동유량과 비례하여 작동유량이 결정되는 압축기 및 펌프의 연계제어가 수행되는 지열냉난방 시스템.
The method according to claim 3 or 4,
A circulation line in which heat transfer is performed between the heat exchanger and the heat pump; And
And a circulation pump operated to perform heat transfer through the circulation line,
Wherein the circulation pump performs a controlled connection between a compressor and a pump whose operation flow rate is determined in proportion to an operation flow rate of the geothermal heat pump.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 히트펌프는,
냉난방 위치로 열전달이 수행되는 공급라인; 및
상기 공급라인을 통해 열전달이 수행되도록 작동되는 공급펌프;가 포함되고,
상기 공급펌프는 상기 압축기의 압축용량에 따라 작동유량이 결정되는 압축기 및 펌프의 연계제어가 수행되는 지열냉난방 시스템.
The method according to claim 3 or 4,
The heat pump includes:
A supply line through which heat is transferred to the cooling / heating position; And
A feed pump operative to effect heat transfer through the feed line,
Wherein the supply pump performs a controlled connection between a compressor and a pump whose operating flow rate is determined according to a compression capacity of the compressor.
제1항에 있어서,
상기 압축기의 압축용량은 상기 압축기에 공급되는 전력량을 통해 조절되는 압축기 및 펌프의 연계제어가 수행되는 지열냉난방 시스템.




The method according to claim 1,
Wherein the compression capacity of the compressor is controlled by the amount of power supplied to the compressor.




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