KR20200032345A - Solar heat pump system with PVT collector connected - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 PVT 집열기(PVT_W)와 히트펌프 및 열교환기 등 각종 부대 설비를 이용한 태양열 히트펌프 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a solar heat pump system using various additional facilities such as a PVT heat collector (PVT_W), a heat pump, and a heat exchanger.
본 발명은 태양광-열(PVT) 집열기와 히트펌프 시스템을 연계한 복합열원 시스템에 관한 것으로, PVT 집열기와 이 집열기의 효율적인 이용을 위한 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a composite heat source system in which a solar-heat (PVT) collector and a heat pump system are connected, and relates to a PVT collector and a system for efficient use of the collector.
PVT 모듈은 전기에너지를 생산하면서 동시에 열에너지를 활용할 수 있는 잇점 때문에 많은 연구개발이 진행되고 있으며, 선진국을 중심으로 상용보급이 확대되고 있다. 하지만 국내에서는 아직 그 기술적인 문제점이 극복되지 않고 있고 한국기후의 특수성으로 인해 상용화는 아직 걸음마 수준이다.PVT modules are being developed and are being developed, and because of the advantage of being able to utilize thermal energy at the same time while producing electrical energy, a lot of research and development is in progress, and commercial supply is expanding mainly in developed countries. However, in Korea, the technical problems have not been overcome, and the commercialization is still at a bare foot due to the uniqueness of the Korean climate.
일부 기업에서 태양열 집열기와 지열 및 공기열 에너지를 히트펌프 시스템과 연계하는 시스템화 제품이 소개된바가 있다. 특히 이러한 집열모듈과 히트펌프 시스템화 기술은 회로의 구성과 제어의 방법에 따라 다양한 방법론적 접근이 가능하다. 종래의 기술은 태양열에너지와, 지열에너지, 공기열 에너지를 활용하는 점에서 유사점은 있지만 그 세부적인 활용기술에 있어서는 다소 차이점을 찾을 수 있다.Some companies have introduced systemized products that link solar heat collectors and geothermal and air heat energy to heat pump systems. In particular, the heat collection module and heat pump systemization technology can be approached in various ways depending on the circuit configuration and control method. Conventional technologies have similarities in that they utilize solar heat energy, geothermal energy, and air heat energy, but some differences can be found in the detailed utilization technology.
특히 PVT 모듈이나 태양열 집열기의 열에너지를 활용하기 위해서는 집열기의 동작조건, 히트펌프 회로의 구성방법 및 제어에 따라서 효율이 많이 달라지는 점이 있다.In particular, in order to utilize the thermal energy of the PVT module or the solar heat collector, the efficiency varies greatly depending on the operating conditions of the heat collector, the method of construction and control of the heat pump circuit.
보다 상세하게 설명하면, 히트펌프 시스템의 경우에는 냉매의 증발 및 응축에 필요한 에너지를 흡수 및 방출 함으로써 시스템의 싸이클 운전을 효율적으로 진행할 수 있다. 즉, 증발부에서는 열에너지를 공급하고, 응축부에서는 열에너지를 방출하여 각 열에너지를 활용하는 시스템이다. 집열기와 연계하는 시스템에서는 증발부에서 필요로하는 열에너지를 집열기를 통해서 공급한다는 기술적인 특징이 있다. 기존 기술에서도 태양열 열원을 열교환기를 통해서 공급하며 부족할 경우에는 공기열 열교환기를 활용하는 사례가 일반적인 사례다. 두가지 열에너지의 공급 방식은 히트펌프의 증발부 회로를 직렬연결 혹은 병열 연결배관을 통하여 열원을 선택적으로 공급하는 경우가 있었다. 하지만 이러한 경우 태양열 에너지의 공급에 있어 최적의 에너지를 공급하기에는 다소 무리가 있다. 즉 일정온도 이상에서는 태양열에너지를 활용하고, 일정온도 이하에서는 공기열 에너지를 활용하기에 태양열 에너지의 어떤 특정시점에 에너지의 전환이 일어나기에 집열된 열에너지량이 일정이하에 이르면 활용할 수 없는 단점이 있었다. In more detail, in the case of a heat pump system, the cycle operation of the system can be efficiently performed by absorbing and releasing energy required for evaporation and condensation of the refrigerant. That is, it is a system that utilizes each thermal energy by supplying thermal energy at the evaporation unit and emitting thermal energy at the condensation unit. In the system connected to the collector, there is a technical feature that the heat energy required by the evaporator is supplied through the collector. Even in the existing technology, a solar heat source is supplied through a heat exchanger, and when insufficient, an air heat exchanger is used. In the two types of heat energy supply methods, a heat pump is selectively supplied to a heat source through a series connection or a parallel connection pipe. However, in this case, it is somewhat unreasonable to supply optimal energy in supplying solar energy. That is, since solar heat energy is used above a certain temperature, and air heat energy is used below a certain temperature, energy conversion occurs at a specific point in time of the solar heat energy.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 PVT 집열기에서 생산하는 전력 에너지는 계통에 연계하여 전력을 생산하며, 생산된 열에너지는 온도에 따라서 히트펌프 시스템의 증발부 열원으로 활용하거나 직접 축열하여 부하측 열원으로 활용할 수 있도록 하고,The present invention is to solve the above problems, the object of the present invention is the power energy produced by the PVT collector to generate power in connection with the system, the heat energy produced is the evaporation part of the heat pump system according to the temperature It can be used as a heat source or directly heat-storage to be used as a heat source on the load side
또한, PVT 집열기가 전력과 열에너지를 동시에 생산하므로 분리설치에 따른 장소의 제약에서 벗어날 수 있고, 또한 히트펌프 시스템과 연계함으로써 PVT 집열기의 효율을 극대화 하여 에너지 생산을 2배가량 높일 수 있도록 한 PVT 집열기 연계 태양열 히트펌프 시스템을 제공하는데 있다.In addition, since the PVT collector produces power and thermal energy at the same time, it can escape from the limitations of the place due to the separate installation, and also maximizes the efficiency of the PVT collector by linking with the heat pump system to increase energy production by twice. It is to provide a linked solar heat pump system.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서The present invention as a means for solving the above problems
태양에너지를 통해 전력 및 열에너지가 생산되는 PVT 집열기(1); 상기 PVT 집열기(1)에서 생산된 전력이 사용처에 공급되는 전력공급부(2'); 상기 PVT 집열기(1)에서 생산된 열에너지가 축열 순환펌프(4)를 통해 저장되는 PCM 축열조(6); 압축기(11), 사방밸브(10), 응축 열교환기(13), 팽창밸브(14), 제 1증발 열교환기(8)를 냉매가 순차적으로 순환하여, 제 1증발 열교환기(8)를 통해 PCM 축열조(6)에 축열된 열에너지와 열교환되는 히트펌프부(15); 상기 히트펌프부(15)에 연결되어, 공기와의 열교환을 통해 공기열원을 생산하는 제 2증발 열교환기(9); 상기 히트펌프부(15)의 응축 열교환기(13)와 열교환되어, 수요처에 공급되기 위한 열에너지가 저장되는 부하측 버퍼탱크(19); 상기 PVT 집열기(1)의 열에너지가, 상기 히트펌프부(15)를 거치지 않고, 열교환을 통해 부하측 버퍼탱크(19)에 직접 전달되어 저장되도록 하는 제 2축열 열교환기(16); 로 이루어져, 상기 PVT 집열기(1)의 열에너지가 PCM 축열조(6) 또는 부하측 버퍼탱크(19)에 직접 저장되는 축열 운전모드, PCM 축열조(6)에 저장된 열에너지가 히트펌프부(15)를 거쳐 부하측 버퍼탱크(19)에 저장되는 히트펌프 운전모드, 히트펌프부(15)의 응축 열교환기(13)가 증발기로 사용되고, 제 1증발 열교환기(8)는 응축기로 사용되어, 제 2증발 열교환기(9)의 제상에 사용되는 제상 운전모드로 작동되되, 상기 축열 운전모드, 히트펌프 운전모드, 제상 운전모드는 각각 또는 2개 이상이 복합적으로 작동가능한 것을 특징으로 한다.PVT collector (1) in which electric power and thermal energy are produced through solar energy; A power supply unit 2 'where the power produced by the
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 PVT 집열기와 히트펌프 시스템으로 구성되어, 에너지 절약을 위한 복합형 기기로써 발전과 함께 열에너지를 발생할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention is composed of a PVT collector and a heat pump system, and has the effect of generating heat energy with power generation as a composite device for energy saving.
또한, PVT 집열기가 전력과 열에너지를 동시에 생산하므로 분리설치에 따른 장소의 제약에서 벗어날 수 있고, 히트펌프 시스템과 연계함으로써 PVT 집열기의 효율을 극대화 하여 에너지 생산을 2배가량 높일 수 있도록 한, PVT 집열기 연계 태양열 히트펌프 시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.In addition, since PVT collectors produce power and thermal energy at the same time, they can escape from the limitations of places due to separate installations, and maximize the efficiency of PVT collectors by cooperating with heat pump systems to increase energy production by twice. It has the effect of providing a linked solar heat pump system.
또한, 본 발명은 PVT 모듈을 더욱 효율적으로 이용할 수 있도록 시스템화하여 소비자 만족도를 높인 제품 생산이 가능한 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect that it is possible to produce products with high customer satisfaction by systemizing the PVT module for more efficient use.
도 1은 본 발명에 따른 PVT 집열기 연계 태양열 히트펌프 시스템의 축열 제 1운전모드를 나타낸 일실시예의 회로도.
도 2는 본 발명에 따른 PVT 집열기 연계 태양열 히트펌프 시스템의 축열 제 2운전모드를 나타낸 일실시예의 회로도.
도 3은 본 발명에 따른 PVT 집열기 연계 태양열 히트펌프 시스템의 히트펌프 제 1운전모드를 나타낸 일실시예의 회로도.
도 4는 본 발명에 따른 PVT 집열기 연계 태양열 히트펌프 시스템의 히트펌프 제 2운전모드를 나타낸 일실시예의 회로도.
도 5는 본 발명에 따른 PVT 집열기 연계 태양열 히트펌프 시스템의 히트펌프 제 3운전모드를 나타낸 일실시예의 회로도.
도 6은 본 발명에 따른 PVT 집열기 연계 태양열 히트펌프 시스템의 제상 운전모드를 나타낸 일실시예의 회로도.1 is a circuit diagram of an embodiment showing a first operation mode of heat storage of a PVT collector-connected solar heat pump system according to the present invention.
2 is a circuit diagram of one embodiment showing a second operation mode of heat storage of a PVT collector-connected solar heat pump system according to the present invention.
3 is a circuit diagram of an embodiment showing a first operation mode of the heat pump of the PVT collector-connected solar heat pump system according to the present invention.
4 is a circuit diagram of one embodiment showing a heat pump second operation mode of the solar heat pump system in connection with the PVT collector according to the present invention.
5 is a circuit diagram of one embodiment showing a heat pump third operation mode of the PVT collector-connected solar heat pump system according to the present invention.
6 is a circuit diagram of an embodiment showing a defrosting operation mode of a PVT collector-connected solar heat pump system according to the present invention.
본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 m 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.Before describing the various embodiments of the present invention in detail, it will be appreciated that its application is not limited to the details of the configurations and arrangements of components described in the following detailed description or illustrated in the drawings. The present invention can be implemented and implemented in other embodiments and can be performed in a variety of ways. Also, the device or element orientation (e.g. m "front", "back", "up", "down", "top", "bottom") ) "," Left "," right "," lateral ", etc. The expressions and predicates used herein are only used to simplify the description of the present invention, and are related It will be appreciated that the device or element simply does not indicate or mean that it should have a specific orientation. Also, terms such as “first” and “second” are used in the present application and appended claims for explanation and are not intended to indicate or mean relative importance or purpose.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징을 갖는다.The present invention has the following features to achieve the above object.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to ordinary or lexical meanings, and the inventor appropriately explains the concept of terms to explain his or her invention in the best way. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical spirit of the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments shown in the embodiments and the drawings described in this specification are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical spirit of the present invention, and at the time of this application, various alternatives are possible. It should be understood that there may be equivalents and variations.
본 발명에 따른 일실시예를 살펴보면,Looking at one embodiment according to the present invention,
태양에너지를 통해 전력 및 열에너지가 생산되는 PVT 집열기(1); 상기 PVT 집열기(1)에서 생산된 전력이 사용처에 공급되는 전력공급부(2'); 상기 PVT 집열기(1)에서 생산된 열에너지가 축열 순환펌프(4)를 통해 저장되는 PCM 축열조(6); 압축기(11), 사방밸브(10), 응축 열교환기(13), 팽창밸브(14), 제 1증발 열교환기(8)를 냉매가 순차적으로 순환하여, 제 1증발 열교환기(8)를 통해 PCM 축열조(6)에 축열된 열에너지와 열교환되는 히트펌프부(15); 상기 히트펌프부(15)에 연결되어, 공기와의 열교환을 통해 공기열원을 생산하는 제 2증발 열교환기(9); 상기 히트펌프부(15)의 응축 열교환기(13)와 열교환되어, 수요처에 공급되기 위한 열에너지가 저장되는 부하측 버퍼탱크(19); 상기 PVT 집열기(1)의 열에너지가, 상기 히트펌프부(15)를 거치지 않고, 열교환을 통해 부하측 버퍼탱크(19)에 직접 전달되어 저장되도록 하는 제 2축열 열교환기(16); 로 이루어져, 상기 PVT 집열기(1)의 열에너지가 PCM 축열조(6) 또는 부하측 버퍼탱크(19)에 직접 저장되는 축열 운전모드, PCM 축열조(6)에 저장된 열에너지가 히트펌프부(15)를 거쳐 부하측 버퍼탱크(19)에 저장되는 히트펌프 운전모드, 히트펌프부(15)의 응축 열교환기(13)가 증발기로 사용되고, 제 1증발 열교환기(8)는 응축기로 사용되어, 제 2증발 열교환기(9)의 제상에 사용되는 제상 운전모드로 작동되되, 상기 축열 운전모드, 히트펌프 운전모드, 제상 운전모드는 각각 또는 2개 이상이 복합적으로 작동가능한 것을 특징으로 한다.PVT collector (1) in which electric power and thermal energy are produced through solar energy; A power supply unit 2 'where the power produced by the
또한, 상기 축열 운전모드는 상기 PVT 집열기(1)의 열에너지가, 축열 순환펌프(4)를 통한 수열원의 순환으로 PCM 축열조(6)에 저장되는 제 1축열 운전모드; 인 것을 특징으로 한다.In addition, the heat storage operation mode is a first heat storage operation mode in which the thermal energy of the
또한, 상기 축열 운전모드는 상기 PVT 집열기(1)의 열에너지가, 축열 순환펌프(4)를 통한 수열원의 순환으로 PCM 축열조(6)에 저장되되, PCM 축열조(6)의 온도가 사전설정 축열온도를 초과하는 경우, PVT 집열기(1)와 PCM 축열조(6) 배관에 설치된 1차 삼방밸브(5)를 통해, 제 2축열 열교환기(16)로 수열원을 순환시켜, 상기 부하측 버퍼탱크(19)로 열에너지가 축열되도록 하는 제 2축열 운전모드;인 것을 특징으로 한다.In addition, in the heat storage operation mode, the thermal energy of the
또한, 상기 히트펌프 운전모드는 상기 PCM 축열조(6)에 저장된 열에너지가, 증발펌프(7)를 통해 수열원으로 상기 히트펌프부(15)와 열교환되고, 상기 히트펌프부(15)는 부하측 버퍼탱크(19)와 열교환되면서 열에너지가 저장된 후 수요처에 공급되도록 하는 제 1히트펌프 운전모드; 인 것을 특징으로 한다.In addition, in the heat pump operation mode, heat energy stored in the PCM heat storage tank 6 is heat-exchanged with the
또한, 상기 히트펌프 운전모드는 상기 PCM 축열조(6)에 저장된 열에너지가, 증발펌프(7)를 통해 수열원으로 상기 히트펌프부(15)와 열교환되고, 상기 히트펌프부(15)는 부하측 버퍼탱크(19)와 열교환되면서 열에너지가 저장된 후 수요처에 공급되도록 하되, 상기 PCM 축열조(6)가 사전설정 축열온도에서 사전설정 제 1하강온도까지 낮아진 경우, 상기 히트펌프부(15)에 설치된 공기/물 삼방밸브(12)를 통해, 상기 히트펌프부(15)에 제 2증발 열교환기(9)를 통한 공기열원이 동시에 공급되어, 열에너지가 부하측 버퍼탱크(19)에 저장된 후 수요처에 공급되도록 하는 제 2히트펌프 운전모드; 인 것을 특징으로 한다.In addition, in the heat pump operation mode, heat energy stored in the PCM heat storage tank 6 is heat-exchanged with the
또한, 상기 히트펌프 운전모드는 상기 PCM 축열조(6)에 저장된 열에너지가, 증발펌프(7)를 통해 수열원으로 상기 히트펌프부(15)와 열교환되고, 상기 히트펌프부(15)는 부하측 버퍼탱크(19)와 열교환되면서 열에너지가 저장된 후 수요처에 공급되도록 하되, 상기 PCM 축열조(6)가 사전설정 축열온도에서 사전설정 제 2하강온도까지 낮아진 경우, 상기 증발펌프(7)를 OFF시켜 PCM 축열조(6)의 열에너지 공급을 차단한 후, 상기 히트펌프부(15)에 설치된 공기/물 삼방밸브(12)를 통해, 상기 히트펌프부(15)에 제 2증발 열교환기(9)를 통한 공기열원만이 사용되어, 열에너지가 부하측 버퍼탱크(19)에 저장된 후 수요처에 공급되도록 하는 제 3히트펌프 운전모드; 인 것을 특징으로 한다.In addition, in the heat pump operation mode, heat energy stored in the PCM heat storage tank 6 is heat-exchanged with the
또한, 상기 제상 운전모드는 상기 PCM 축열조(6)에 저장된 열에너지가, 증발펌프(7)를 통해 수열원으로 상기 히트펌프부(15)와 열교환되고, 상기 히트펌프부(15)는 부하측 버퍼탱크(19)와 열교환되면서 열에너지가 저장된 후 수요처에 공급되도록 하되, 상기 응축 열교환기(13)가 증발기로 사용되고, 제 1증발 열교환기(8)는 응축기로 사용되어, 제 2증발 열교환기(9)의 제상에 사용되도록 하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the defrosting operation mode, heat energy stored in the PCM heat storage tank 6 is exchanged with the
또한, 상기 제상 운전모드는 상기 PCM 축열조(6)의 열에너지를 증발열원으로 사용하지 않고, 상기 제 2축열 열교환기(16)를 통해 PVT 집열기(1)의 열에너지를 직접 사용하거나, PVT 집열기(1)의 열에너지를 사용할 수 없는 기상상태인 경우에는 부하측 버퍼탱크(19)에 저장된 열에너지를 사용함으로써, 상기 PCM 축열조(6)의 축열된 열에너지를 제상운전에 사용함에 따라, 부하측 버퍼탱크(19)의 온도가 낮아져 수요처의 난방에너지가 손실되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.In addition, the defrosting operation mode does not use the heat energy of the PCM heat storage tank 6 as an evaporation heat source, directly uses the heat energy of the
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PVT 집열기 연계 태양열 히트펌프 시스템을 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, a solar heat pump system in connection with a PVT collector according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6.
본 발명은 PVT 집열기(Photovoltaic-thermal, 태양광-태양열 복합패널)(1)와 히트펌프 시스템으로 구성된 것으로서, PVT 집열기(1)는 에너지 절약을 위한 복합형 기기로써 발전과 함께 열에너지를 발생할 수 있는 시스템으로, 그 형태는 크게 공기식(PVT-A) 과 액체식(PVT-W)로 구분할 수 있으며, 본 발명에서는 PVT-W 형태의 모듈을 사용한다.The present invention is composed of a PVT collector (Photovoltaic-thermal, photovoltaic-solar composite panel) (1) and a heat pump system, the PVT collector (1) is a hybrid device for energy saving that can generate heat energy with power generation As a system, its form can be largely divided into a pneumatic (PVT-A) and a liquid (PVT-W), and in the present invention, a PVT-W type module is used.
이러한 모듈은 열에너지와 전력에너지를 동시에 생산할 수 있어 공간을 절약할 수 있기에 최근 관심이 높은 제품이다. 또한 기존 태양열집열기와 비교시 열에너지 변환 효율이 낮기 때문에 소비자들이 유효하게 에너지를 활용하기 위해서는 시스템적인 접근이 필요하며, 본 발명에서는 이러한 시스템적인 부분을 도면 1 내지 도 6과 같이 시스템을 구성하여, 각종 열교환기, 밸브, 히트펌프부(15), PCM 축열조(6) 등을 배관으로 구성하여 적절한 제어를 통해, 에너지의 효율을 높이고 시스템의 안정성을 높일 수 있게 한 것이다.Such a module is a product of high interest since it can simultaneously produce thermal energy and power energy, thereby saving space. In addition, since the efficiency of heat energy conversion is low compared to the existing solar collector, a systemic approach is required for consumers to utilize energy effectively, and in the present invention, the system is configured as shown in FIGS. The heat exchanger, the valve, the
본 발명에 따른 PVT 집열기 연계 태양열 히트펌프 시스템에 사용되는 구성을 우선 설명하도록 한다.The configuration used in the solar heat pump system in connection with the PVT collector according to the present invention will be described first.
1. PVT 집열기(1)(PVT-W 모듈) : 전력 및 열에너지를 생산하는 집열판으로 전력은 계통에 연계된다.1. PVT Collector (1) (PVT-W module): A heat collecting plate that produces power and heat energy, and power is connected to the system.
2. 태양광 접속반(2) : PVT 집열기(1)에서 생산한 전력을 접속하여 인버터에 연결하는 장치이다.2. Solar connection panel (2): This device connects the power produced by the PVT collector (1) to the inverter.
3. DC-AC 인버터(3) : PVT 집열기(1)에서 생산한 전력(DC)를 AC로 전환하여 전력계통에 연결 가능토록 하는 장치이다. 본 발명에서는 태양광 접속반(2)과 함께 전력공급부(2')라 명명한다.3. DC-AC inverter (3): This is a device that converts the power (DC) produced by the PVT collector (1) into AC so that it can be connected to the power system. In the present invention, the
4. 축열 순환펌프(4): PVT 집열기(1)에서 생산된 열에너지를 PCM 축열조(6)에 저장하기 위한 순환펌프이다.4. Heat storage circulation pump (4): It is a circulation pump for storing the heat energy produced by the PVT heat collector (1) in the PCM heat storage tank (6).
5. 1차 삼방밸브(5) : PVT 집열기(1)의 온도에 따라 축열의 방향을 변경하는 3방향 밸브로, 온도가 낮을 때는 PCM 축열조(6)에, 온도가 높을 경우에는 제 2축열 열교환기(16)쪽으로 작동한다.5. Primary three-way valve (5): A three-way valve that changes the direction of heat storage according to the temperature of the PVT collector (1). When the temperature is low, it is in the PCM heat storage tank (6), and when the temperature is high, the second heat storage heat exchanger It works towards the flag (16).
6. PCM 축열조(6) : 내부에 PCM Ball을 활용하여 PVT 집열기(1)의 동작온도에 따라 PCM Ball의 장열에너지를 활용하여 시스템의 효율을 높히는 것이다.(본 시스템의 PCM 물질은 물이 사용된다.)6. PCM heat storage tank (6): It uses the PCM Ball inside to increase the efficiency of the system by using the long-term heat energy of the PCM Ball according to the operating temperature of the PVT collector (1). Used.)
7. 증발펌프(7) : PCM 축열조(6)에 축열된 열에너지를 제 1증발 열교환기(8)로 이송하는 펌프로, 그 작동 유무에 따라 제 1증발 열교환기(8) 열원의 공급과 중단을 제어할 수 있다.7. Evaporation pump (7): A pump that transfers the heat energy stored in the PCM heat storage tank (6) to the first evaporation heat exchanger (8), depending on the operation of the first evaporation heat exchanger (8) supply and stop of the heat source Can be controlled.
8. 제 1증발 열교환기(8) : 히트펌프부(15)에 연결된 열교환기로 히트펌프부(15)의 증발부에 열원을 공급한다. 형식은 물-냉매 열교환기이며 판형 열교환기의 형태을 가진다. PCM 축열조(6)와 순환되는 형태로 연결되어 있는 증발펌프(7)의 동작 유,무에 따라 에너지의 공급,차단이 결정된다.8. First evaporation heat exchanger (8): a heat exchanger connected to the heat pump unit (15) to supply a heat source to the evaporation unit of the heat pump unit (15). The format is a water-refrigerant heat exchanger and takes the form of a plate heat exchanger. The supply and blocking of energy are determined according to whether or not the evaporation pump 7 is connected to the PCM heat storage tank 6 in circulation.
9. 제 2증발 열교환기(9) : 히트펌프부(15)에 연결된 열교환기로 히트펌프부(15)의 증발부에 열원을 공급한다. 형식은 공기-냉매 열교환기이며 핀-코일형 열교환기이며, 외기환경 및 PCM 축열조(6)의 온도에 따라, 히트펌프부(15) 회로상(연결라인)에 설치된 공기/물 삼방밸브(12)의 절환으로 작동과 정지가 결정된다. 9. Second evaporation heat exchanger (9): a heat exchanger connected to the heat pump section (15) to supply a heat source to the evaporation section of the heat pump section (15). The type is an air-refrigerant heat exchanger, a fin-coil type heat exchanger, and an air / water three-way valve (12) installed on the circuit (connection line) of the heat pump section (15) according to the outside environment and the temperature of the PCM heat storage tank (6) ), The operation and stop are determined.
10. 사방밸브(10) : 통상의 공기식 히트펌프 시스템의 경우와 마찬가지로, 절환에 따라 냉매의 방향이 절환되어 증발부와 응축부의 방향을 전환할 수 있다. 본 시스템에서는 냉방 및 난방 절환 혹은 제상운전시 작동한다.10. Four-way valve (10): As in the case of a normal pneumatic heat pump system, the direction of the refrigerant is switched according to the switching, so that the direction of the evaporation unit and the condensation unit can be switched. In this system, it operates during cooling and heating switching or defrosting operation.
11. 압축기(11) : 히트펌프부(15)의 냉매를 압축하는 용도의 기계장치이다.11. Compressor (11): a mechanical device for compressing the refrigerant in the heat pump section (15).
12. 공기/물 삼방밸브(12) : 증발부(제 1증발 열교환기(8))의 열에너지원의 공급원을 절환하는 장치로, 본 시스템에서는 이 장치와 증발펌프(7)의 작동에 따라 세가지 증발운전 모드로 작동 시킬 수 있는 특징이 있다.12. Air / water three-way valve (12): A device that switches the source of the heat energy source of the evaporator (first evaporative heat exchanger (8)). In this system, there are three types depending on the operation of this device and the evaporation pump (7) There is a feature that can be operated in the evaporation operation mode.
13. 응축 열교환기(13) : 히트펌프부(15)에 연결된 열교환기로, 히트펌프부(15)의 응축부에 열에너지를 공급한다. 형식은 물-냉매 열교환기이며 판형 열교환기의 형태이다. 13. Condensation heat exchanger (13): a heat exchanger connected to the heat pump unit (15), which supplies heat energy to the condensation unit of the heat pump unit (15). The format is a water-refrigerant heat exchanger and is in the form of a plate heat exchanger.
14. 제 2축열 열교환기(15) : PVT 집열기(1)의 온도가 높은 경우, 부하측 버퍼탱크(19)에 열에너지를 직접 축열하기 위한 열교환로로, 물-물 열교환기이며 판형 열교환이다.14. Second heat storage heat exchanger (15): When the temperature of PVT heat collector (1) is high, it is a heat exchange furnace for directly accumulating thermal energy in the load-side buffer tank (19). It is a water-water heat exchanger and plate heat exchanger.
15. 2차 삼방밸브(17) : 부하측 버퍼탱크(19)배관에 연결되어 축열에너지를 절환하기 위한 용도이며, 응축 열교환기(13)와 제 2축열 열교환기(16)에 선택적으로 개폐 할 수 있다.15. Secondary three-way valve (17): Used to switch heat storage energy by being connected to the load side buffer tank (19) piping, and can be selectively opened and closed by the condensation heat exchanger (13) and the second heat storage heat exchanger (16). have.
16. 부하측 버퍼탱크(19) : 히트펌프부(15)(PVT 집열기(1))에서 생산된 열에너지를 축열하고 부하측에 공급할 수 있는 축열조의 역할을 하는 탱크이며, 온수 혹은 냉수를 축열한다.16. Load side buffer tank (19): A tank that serves as a heat storage tank capable of accumulating heat energy produced by the heat pump unit (15) (PVT collector (1)) and supplying it to the load side. It accumulates hot or cold water.
하기에서는 본 발명의 PVT 집열기 연계 태양열 히트펌프 시스템의 운전모드에 대해 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the operation mode of the solar heat pump system in connection with the PVT collector of the present invention will be described in detail.
본 발명에서 히트펌프의 기본적인 작동 싸이클은 기존 히트펌프 작동싸이클과 유사하며, 다만 집열기(PVT-W) 모듈에서 획득된 열에너지를 활용하는 부분에 있어 기존기술과 구별되는 특이점을 갖고 있다. In the present invention, the basic operation cycle of the heat pump is similar to that of the existing heat pump operation cycle, but has a unique point that is distinguished from the existing technology in the part of utilizing the heat energy obtained from the heat collector (PVT-W) module.
본 발명의 작동 싸이클은 도 1 내지 도 6과 같이, 6가지 동작 회로로 구성될 수 있으며 각 작동 회로는 독립적으로 작동되는 특징이 있다. 1 to 6, the operation cycle of the present invention may be composed of six operation circuits, and each operation circuit is characterized by being operated independently.
축열 운전모드 2가지(축열 제 1운전모드, 축열 제 2운전모드), 히트펌프 운전모드 3가지(히트펌프 제 1운전모드, 히트펌프 제 2운전모드, 히트펌프 제 3운전모드), 제상 운전모드 1가지의 모드를 갖고 있으며 이들 각 모드의 동작은 독립적으로 동작한다. Two types of heat storage operation modes (first heat storage operation mode, second heat storage operation mode), three heat pump operation modes (first heat pump operation mode, second heat pump operation mode, and third heat pump operation mode), defrost operation Mode It has one mode and each mode operates independently.
1. Mode 1 : 열원탱크 축열모드 (축열 제 1운전모드)1. Mode 1: Heat source tank heat storage mode (1st operation mode of heat storage)
날씨가 맑은날 집열된 열에너지에 의해 열매체 회로의 온도가 상승하며, PVT 집열기(1)의 온도가 PCM 축열조(6) 온도보다 일정온도 이상일 경우, PCM 축열조(6)와 연결된 배관에 설치된 축열 순환펌프(4)의 동작에 의해, 물이 PVT 집열기(1)에서 PCM 축열조(6)로 순환하며 열에너지를 PCM 축열조(6)에 축열하는 과정이다.When the temperature of the heating medium circuit rises due to the heat energy collected in a sunny day, and the temperature of the
이 경우 PCM 축열조(6) 온도에 따라 잠열축열구간과 현열축열 구간으로 구분되며, PCM 축열조(6) 온도가 0도 내외에서는 잠열 축열구간으로 PCM Ball의 얼음이 물로 상변화하면서 에너지를 축열하는 과정을 가진다. 순환회로의 물질은 열매체로 통상 에틸렌글리콜이나 프로필렌 글리콜 30 ~ 50% 농도의 수용이 사용된다.In this case, the PCM heat storage tank (6) is divided into a latent heat storage section and a sensible heat storage section according to the temperature, and when the PCM heat storage tank (6) temperature is around 0 degrees, it is a latent heat storage section, where the ice of the PCM Ball changes to phase with water and heats energy. Have The material of the circulation circuit is a heat medium, and ethylene glycol or propylene glycol is used at a concentration of 30 to 50%.
2. Mode 2 : 부하탱크 축열모드 (축열 제 2운전모드)2. Mode 2: Load tank heat storage mode (2nd heat storage operation mode)
날씨가 맑은날 상기의 열원탱크 축열모드(축열 제 1운전모드)의 작동에 의해 PCM 축열조(6)의 온도가 충분히 가열된 (통상 50℃내외) 이후, PVT 집열기(1)와 PCM 축열조(6)를 순환연결하는 배관에 설치된 1차 삼방밸브(5)의 작동회로가 제 2축열 열교환기(16) 측으로 열리면서, 부하측 버퍼탱크(19)로 열에너지를 축열하는 과정을 갖는다. After the temperature of the PCM heat storage tank 6 is sufficiently heated (usually around 50 ° C) by the operation of the heat source tank heat storage mode (heat storage first operation mode) on a clear day, the
3. Mode 3 : 태양열 히트펌프 모드 (히트펌프 제 1운전모드)3. Mode 3: Solar heat pump mode (heat pump first operation mode)
태양열 히트펌프 모드는 히트펌프의 싸이클로써,Solar heat pump mode is a cycle of heat pump,
압축기(11) --> 사방밸브(10) --> 응축 열교환기(13) --> 팽창밸브(14) --> 제 1증발 열교환기(8) 순으로 냉매(R410) 순환이 이루어진다.Compressor (11)-> four-way valve (10)-> condensation heat exchanger (13)-> expansion valve (14)-> first evaporation heat exchanger (8) refrigerant (R410) circulation in order.
그리고 증발 열교환기는 제 1증발 열교환기(8)쪽으로 회로가 열리며, 이 때 증발펌프(7)의 동작으로 PCM 축열조(6)의 열에너지를 이송하며, 이 에너지를 냉매 증발열원으로 사용한다. 또한 이와 동시에 응축 열교환기(13)에서 발생하는 응축열은 응축펌프(18)의 작동에 의해 부하측 버퍼탱크(19)에 축열한다.In addition, the evaporative heat exchanger opens a circuit toward the first evaporative heat exchanger (8), and at this time, the heat energy of the PCM heat storage tank (6) is transferred by the operation of the evaporation pump (7), and this energy is used as a refrigerant evaporation heat source. At the same time, the condensation heat generated in the
즉, 제 1증발 열교환기(8)에서는 냉매가 PCM 축열조(6)의 열에너지(물)와 열교환되고, 응축 열교환기(13)에서는 냉매가 부하측 버퍼탱크(19)를 순환하는 물과 열교환되어, PCM 축열조(6)의 열에너지가 히트펌프부(15)를 거쳐 부하측 버퍼탱크(19)에 축열될 수 있도록 한 것이다.That is, in the first evaporation heat exchanger (8), the refrigerant heat exchanges with the heat energy (water) of the PCM heat storage tank (6), and in the condensation heat exchanger (13), the refrigerant heat exchanges with water circulating through the load side buffer tank (19), The heat energy of the PCM heat storage tank 6 is to be stored in the load-
이 모드는 PCM 축열조(6)의 에너지량에 따라서 제어되며, 이 에너지량은 PCM 축열조(6)의 온도 및 외기온도에 따라서 제어한다.This mode is controlled according to the amount of energy of the PCM heat storage tank 6, and this amount of energy is controlled according to the temperature and the outside temperature of the PCM heat storage tank 6.
4. Mode 4 : 태양열 + 공기열원 히트펌프 모드 (히트펌프 제 2운전모드)4. Mode 4: Solar heat + air heat source heat pump mode (2nd operation mode of heat pump)
태양열 + 공기열원 히트펌프 모드는 히트펌프의 싸이클로써, Solar + air heat source heat pump mode is a cycle of heat pump,
전술된 히트펌프 제 1운전모드 구동시, 제 2증발 열교환기(9)를 동시 구동하여, 태양열과 공기열원을 동시에 사용할 수 있도록 한 것이다. When the first operation mode of the heat pump described above is driven, the second
압축기(11) --> 사방밸브(10) --> 응축 열교환기(13) --> 팽창밸브(14) --> 제 1증발 열교환기(8)--> 제 2증발 열교환기(9) 순으로 냉매(R410) 순환이 이루어진다.Compressor (11)-> four-way valve (10)-> condensation heat exchanger (13)-> expansion valve (14)-> first evaporative heat exchanger (8)-> second evaporative heat exchanger (9 ) In this order, the refrigerant R410 is circulated.
이 때 증발펌프(7)의 동작으로 PCM 축열조(6)의 열에너지를 이송하며 제 2증발 열교환기(9)는, 히트펌프부(15)의 배관에 설치된 공기/물 삼방밸브(12)의 동작에 의해 개로하며 증발기에 설치된 팬의 동작에 의해 공기열에너지를 활용한다. 또한 이와 동시에 응축 열교환기(13)에서 발생하는 응축열은, 부하측 버퍼탱크(19)에 연결설치된 배관의 응축펌프(18) 작동에 의해 부하측 버퍼탱크(19)에 축열한다.At this time, the heat energy of the PCM heat storage tank (6) is transferred to the operation of the evaporation pump (7), and the second evaporative heat exchanger (9) operates the air / water three-way valve (12) installed in the piping of the heat pump unit (15). It is opened by and uses air heat energy by the operation of the fan installed in the evaporator. At the same time, the condensation heat generated in the
이 모드는 PCM 축열조(6)의 에너지량에 따라서 제어되며, 이 에너지량은 PCM 축열조(6)의 온도 및 외기온도에 따라서 제어한다.This mode is controlled according to the amount of energy of the PCM heat storage tank 6, and this amount of energy is controlled according to the temperature and the outside temperature of the PCM heat storage tank 6.
5. Mode 5 : 공기열원 히트펌프 모드 (히트펌프 제 3운전모드)5. Mode 5: Air heat source heat pump mode (3rd operation mode of heat pump)
공기열원 히트펌프 모드는 히트펌프의 싸이클로써, The air heat source heat pump mode is a cycle of the heat pump,
상기 히트펌프 제 2운전모드(Mode 4)와 회로의 싸이클은 동일하며, 제 1증발 열교환기(8)측으로 태양열 에너지를 공급하는 축열 순환펌프(4)를 정지시킴으로써 에너지를 차단한다.The second operation mode (Mode 4) of the heat pump and the cycle of the circuit are the same, and the energy is cut off by stopping the heat
작동 싸이클은 압축기(11) --> 사방밸브(10) --> 응축 열교환기(13) --> 팽창밸브(14) --> 제 1증발 열교환기(8)--> 제 2증발 열교환기(9) 순으로 냉매(R410) 순환이 이루어진다. 이 때 제 2증발 열교환기(9)에 PCM 축열조(6)의 열에너지를 전달하는 증발펌프(7)도 정지한다.The operating cycle is a compressor (11)-> four-way valve (10)-> condensation heat exchanger (13)-> expansion valve (14)-> first evaporative heat exchanger (8)-> second evaporative heat exchange Refrigerant R410 is circulated in the order of
상기 제 2증발 열교환기(9)는 공기-/물 삼방밸브의 동작에 의해 개로하며 증발기에 설치된 팬의 동작에 의해 공기열에너지를 활용한다. 또한 이와 동시에 응축 열교환기(13)에서 발생하는 응축열은, 응축펌프(18)의 작동에 의해 부하측 버퍼탱크(19)에 축열한다.The second evaporation heat exchanger (9) is opened by the operation of the air / water three-way valve and utilizes air heat energy by the operation of a fan installed in the evaporator. At the same time, the condensation heat generated in the
이 모드는 PCM 축열조(6)의 에너지량에 따라서 제어되며, 이 에너지량은 PCM 축열조(6)의 온도 및 외기온도에 따라서 제어한다.This mode is controlled according to the amount of energy of the PCM heat storage tank 6, and this amount of energy is controlled according to the temperature and the outside temperature of the PCM heat storage tank 6.
6. Mode 6 : 제상모드 (제상 운전모드)6. Mode 6: Defrost mode (defrost operation mode)
제상모드는 제2 증발 열교환기의 열교환기가 외기온도 및 습도의 영향으로 열교환기 표면에 성애가 끼는 현상을 해소하기 위한 목적의 운전 모드로, 통한의 공기열히트펌프 시스템에서 필요한 운전모드이다.The defrost mode is an operation mode for the purpose of resolving the phenomenon in which the heat exchanger of the second evaporative heat exchanger is affected by the outside air temperature and humidity, and is required for the air heat heat pump system.
작동 싸이클은 압축기(11) --> 사방밸브(10) --> 제 2증발 열교환기(9)(응축기로 작동된다.) --> 제 1증발 열교환기(8) --> 팽창밸브(14) --> 응축 열교환기(13)(증발기로 작동된다.) 순으로 냉매(R410)가 순환한다.The operating cycle is a compressor (11)-> four-way valve (10)-> second evaporative heat exchanger (9) (operated as a condenser)-> first evaporative heat exchanger (8)-> expansion valve ( 14)-> Condensation heat exchanger 13 (operates as an evaporator) refrigerant R410 circulates in this order.
통산의 히트펌프 시스템의 제상 싸이클과 구별되는 부분은, 제상열원의 공급 방식에 있어 차별화된 점에 있다. 통산의 제상열원과 달리, 경우에 따라 태양열 집열기의 열에너지를 제상싸이클로 직접 활용할 수 있도록, 응축펌프(18)가 구비된 부하측 버퍼탱크(19)의 관로와 연결된 상기 제 2축열 열교환기(16)를 통해서, PVT 집열기(1)의 열에너지를 직접 활용할 수 있으며, 기상상태(외기조건 및 PVT 집열기(1) 온도)에 따라 부하측 버퍼탱크(19)의 열에너지를 열원으로 활용할 수 있다.The distinguishing part from the defrost cycle of Tongsan's heat pump system is that it differs from the supply method of the defrost heat source. Unlike the conventional defrost heat source, the second heat storage heat exchanger (16) connected to the pipeline of the load side buffer tank (19) equipped with a condensation pump (18) is used to directly utilize the thermal energy of the solar heat collector in some cases. Through this, the thermal energy of the
즉, 본 시스템 제상의 장점은, 태양열 집열기의 에너지를 활용하므로 부하측 버퍼탱크(19)의 에너지 손실을 줄일 수 있고, 제상싸이클 운전에 따른 난방저하의 문제를 해소할 수 있다는 것이다.That is, the advantage of defrosting the system is that it utilizes the energy of the solar heat collector, thereby reducing the energy loss of the load-
상기와 같은 전술된 각 싸이클(축열 운전모드 2가지(축열 제 1운전모드, 축열 제 2운전모드), 히트펌프 운전모드 3가지(히트펌프 제 1운전모드, 히트펌프 제 2운전모드, 히트펌프 제 3운전모드), 제상 운전모드)은 각각 독립적으로 제어되므로, 축열 운전모드와 히트펌프 운전모드, 축열 운전모드와 제상 운전모드 등은 독립적으로 작동하므로, 사용자의 다양한 실시예에 따라, 각 운전모드들은 각각 혹은 2개 이상이 동시에 작동되도록 할 수 있음이다.Each cycle described above (two types of heat storage operation modes (first heat storage operation mode, second heat storage operation mode), three heat pump operation modes (first heat pump operation mode, second heat pump operation mode, heat pump The 3rd operation mode) and the defrosting operation mode) are independently controlled, so the heat storage operation mode, the heat pump operation mode, the heat storage operation mode, and the defrost operation mode operate independently, and according to various embodiments of the user, each operation The modes are that each or two or more can be operated simultaneously.
또한 태양열 일사량이 존재하는 시간에는 축열 운전과 더불어, PVT 집열기(1)(PVT-W 모듈)에서 생산되는 전력에너지를 계통에 연계되어 전력을 생산한다. 이는 기존 PVT 모듈의 작동과 동일한 개념으로 별도의 설명은 생략한다. 이 경우 생산된 전력은 계통에 연결되어 히트펌프 시스템의 가동 전력에도 사용되므로, 히트펌프부(15)의 작동에 따른 사용 전력에너지의 절감이 가능하다. In addition, during the time when solar radiation is present, in addition to the heat storage operation, power energy produced by the PVT collector 1 (PVT-W module) is connected to the system to generate power. This is the same concept as that of the existing PVT module, and a separate description is omitted. In this case, since the generated power is connected to the system and is also used for the operating power of the heat pump system, it is possible to reduce the used power energy according to the operation of the
즉, 본 발명은That is, the present invention
열원부로는 PVT 집열기(PVT-W 모듈) 및 제 2증발 열교환기(9)(공기열 열교환기), 히트펌프부(15)(히트펌프 시스템)을 사용하여, 열원부에서 생산된 열에너지를 활용하여 히트펌프 운전싸이클을 통해 열에너지를 축열하여 난방 및 급탕( 또는 낸방)에 활용하는 기술이다.As a heat source part, a PVT collector (PVT-W module), a second evaporative heat exchanger (9) (air heat heat exchanger), and a heat pump part 15 (heat pump system) are used to utilize the heat energy produced by the heat source part. It is a technology that heat energy is stored through a heat pump operation cycle and used for heating and hot water supply (or heating).
이를 위해 집열부(PVT 집열기(1), PCM 축열조(6)), 히트펌프부(15), 다수의 열교환부, 배관 및 PCM 축열조(6)로 구성된 시스템으로 구성된다. 특히 증발회로는 증발 열교환배관에 1차 삼방밸브(5)(3방향 절환 밸브)를 설치하여, 증발부 배관을 태양열 단독배관 회로(제 1축열 운전모드) 혹은 태양열 및 공기열 직렬배관회로(제 1, 2, 3히트펌프 운전모드)로 운전할 수 있도록 구성하고, PCM 축열조(6)의 온도에 따라서 PCM 축열조(6) 온도가 사전설정 축열온도 이상 높은 경우에는, 태양열 단독운전 모드로 동작(제 2축열 운전모드)하며 에너지를 공급하는 것이다.To this end, it is composed of a system consisting of a heat collecting part (
상기 제 1히트펌프 운전모드의 운전이 계속됨에 따라 PCM 축열조(6) 온도가 하강하게 되고 사전설정 제 1하강온도에 도달하면(낮아지게 되면), 공기/물 삼방밸브(12)의 절환에 의해 태양열 및 공기열 직렬회로로 변경되며, 제 1증발 열교환기(8)를 통해서 태양열에서 공급한 열에너지를 일차적으로 공급하고, 부족한 열에너지는 제 2증발 열교환기(9)(공기열 열교환기)를 통해서 공급하게 된다.(제 2히트펌프 운전모드)As the operation of the first heat pump operation mode continues, the temperature of the PCM heat storage tank 6 decreases, and when the preset first drop temperature is reached (lower), by switching of the air / water three-
상기 제 2히트펌프 운전모드의 지속적인 운전 혹은 태양열에너지의 상태에 따라 점점 하강하는 PCM 축열조(6) 온도가 사전설정 제 1하강온도(2차 설정온도 이하)에 도달하게 되면, 더 이상 PCM 축열조(6)의 에너지는 의미가 없으므로, 동작 회로는 그대로 둔채 PCM 축열조(6)에 연결된 증발펌프(7)의 동작을 정지시킴으로써 PCM 축열조(6)의 열에너지 공급을 차단한다. 이러한 방법으로 운전함으로써 태양열 PCM 축열조(6)의 에너지를 최대한 활용할 수 있다.(제 3히트펌프 운전모드)When the temperature of the PCM heat storage tank 6 gradually decreasing according to the continuous operation of the second heat pump operation mode or the state of solar heat energy reaches a preset first drop temperature (below the second set temperature), the PCM heat storage tank ( Since the energy of 6) is meaningless, the operation of the evaporation pump 7 connected to the PCM heat storage tank 6 is stopped while the operation circuit is left as it is, and thus the heat energy supply of the PCM heat storage tank 6 is cut off. By operating in this way, the energy of the solar PCM heat storage tank 6 can be utilized to the maximum. (3rd heat pump operation mode)
통산 기존 시스템 대비 5℃ 가량 더 낮은 에너지까지 활용할 수 있기에 히트펌프의 효율을 높일 수 있다. 또한 집열기의 경우 작동온도가 낮아지면서 집열기 효율이 기존대비 5 ~ 10% 가량 높아지는 특징이 있다.The efficiency of the heat pump can be increased because it can utilize up to 5 ℃ lower energy than the existing system. In addition, the collector has a feature that the efficiency of the collector is increased by 5 ~ 10% compared to the existing one as the operating temperature decreases.
제상 운전모드의 경우에도 기존 시스템은 축열된 열에너지를 활용함으로 인해 부하 축열조의 온도를 낮추어 난방에너지 손실을 가져올 수 있었다. 하지만 본 시스템의 제상 운전모드에서는 제상운전 싸이클 전환시 PVT 집열기의 열에너지를 활용하여 증발열원으로 활용하기에 부하측 버퍼탱크(19)의 에너지를 절약할 수 있다. Even in the defrosting operation mode, the existing system was able to lower the temperature of the load storage tank by using the thermal energy stored therein, which could result in heating energy loss. However, in the defrosting operation mode of the system, the energy of the load-
또한 시스템에 적용된 PVT 집열기 모듈은 발전량 3kW급으로 전력을 생산할 수 있기에 히트펌프 시스템의 소요전력 2 ~ 5kW에 비하여 상당한 전력 에너지를 생산하므로 계통연계를 통해 일평균 20~100%의 소요 전력을 절감할 수 있는 특징이 있어 환경친환적인 에너지 설비가 되는 것이다.In addition, since the PVT heat collector module applied to the system can generate power with 3kW of power generation, it produces significant power energy compared to 2 ~ 5kW of the power required of the heat pump system. It has a characteristic that can be used as an environmentally friendly energy facility.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다. As described above, although the present invention has been described by a limited number of embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical spirit of the present invention and the following will be described by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and changes can be made within the equivalent scope of the claims to be described.
1: PVT 집열기
2: 태양광 접속반
2' : 전력공급부
3: DC-AC 인버터
4: 축열 순환펌프
5: 1차 삼방밸브
6: PCM 축열조
7: 증발펌프
8: 제 1증발 열교환기
9: 제 2증발 열교환기
10: 사방밸브
11: 압축기
12: 공기/물 삼방밸브
13: 응축 열교환기
14: 팽창밸브
15: 히트펌프부
16: 제 2축열 열교환기
17: 2차 삼방밸브
18: 응축펌프
19: 부하측 버퍼탱크1: PVT collector 2: Solar connection panel
2 ': Power supply unit 3: DC-AC inverter
4: Regenerative circulation pump 5: Primary three-way valve
6: PCM heat storage tank 7: Evaporation pump
8: First evaporative heat exchanger 9: Second evaporative heat exchanger
10: four-way valve 11: compressor
12: air / water three-way valve 13: condensation heat exchanger
14: expansion valve 15: heat pump unit
16: Second heat storage heat exchanger 17: Secondary three-way valve
18: condensation pump 19: load side buffer tank
Claims (8)
상기 PVT 집열기(1)에서 생산된 전력이 사용처에 공급되는 전력공급부(2');
상기 PVT 집열기(1)에서 생산된 열에너지가 축열 순환펌프(4)를 통해 저장되는 PCM 축열조(6);
압축기(11), 사방밸브(10), 응축 열교환기(13), 팽창밸브(14), 제 1증발 열교환기(8)를 냉매가 순차적으로 순환하여, 제 1증발 열교환기(8)를 통해 PCM 축열조(6)에 축열된 열에너지와 열교환되는 히트펌프부(15);
상기 히트펌프부(15)에 연결되어, 공기와의 열교환을 통해 공기열원을 생산하는 제 2증발 열교환기(9);
상기 히트펌프부(15)의 응축 열교환기(13)와 열교환되어, 수요처에 공급되기 위한 열에너지가 저장되는 부하측 버퍼탱크(19);
상기 PVT 집열기(1)의 열에너지가, 상기 히트펌프부(15)를 거치지 않고, 열교환을 통해 부하측 버퍼탱크(19)에 직접 전달되어 저장되도록 하는 제 2축열 열교환기(16); 로 이루어져,
상기 PVT 집열기(1)의 열에너지가 PCM 축열조(6) 또는 부하측 버퍼탱크(19)에 직접 저장되는 축열 운전모드, PCM 축열조(6)에 저장된 열에너지가 히트펌프부(15)를 거쳐 부하측 버퍼탱크(19)에 저장되는 히트펌프 운전모드, 히트펌프부(15)의 응축 열교환기(13)가 증발기로 사용되고, 제 1증발 열교환기(8)는 응축기로 사용되어, 제 2증발 열교환기(9)의 제상에 사용되는 제상 운전모드로 작동되되,
상기 축열 운전모드, 히트펌프 운전모드, 제상 운전모드는 각각 또는 2개 이상이 복합적으로 작동가능한 것을 특징으로 하는 PVT 집열기 연계 태양열 히트펌프 시스템.
PVT collector (1) in which electric power and thermal energy are produced through solar energy;
A power supply unit 2 'where the power produced by the PVT collector 1 is supplied to a user;
A PCM heat storage tank (6) in which heat energy produced by the PVT heat collector (1) is stored through a heat storage circulation pump (4);
Refrigerant sequentially circulates through the compressor 11, four-way valve 10, condensation heat exchanger 13, expansion valve 14, and first evaporation heat exchanger 8, through the first evaporation heat exchanger 8 A heat pump unit 15 heat-exchanging heat energy stored in the PCM heat storage tank 6;
A second evaporative heat exchanger (9) connected to the heat pump part (15) to produce an air heat source through heat exchange with air;
A heat exchanger (13) of the heat pump unit (15), and a load-side buffer tank (19) in which thermal energy for supply to a customer is stored;
A second heat storage heat exchanger (16) that allows heat energy of the PVT collector (1) to be directly transferred to and stored in the load-side buffer tank (19) through heat exchange without passing through the heat pump part (15); Consists of,
Heat storage operation mode in which the thermal energy of the PVT collector 1 is directly stored in the PCM heat storage tank 6 or the load side buffer tank 19, and the heat energy stored in the PCM heat storage tank 6 passes through the heat pump unit 15 to the load side buffer tank ( The heat pump operation mode stored in 19), the condensation heat exchanger 13 of the heat pump unit 15 is used as an evaporator, the first evaporation heat exchanger 8 is used as a condenser, and the second evaporation heat exchanger 9 It operates in the defrosting operation mode used for defrosting,
The heat storage operation mode, the heat pump operation mode, the defrosting operation mode is PVT collector-connected solar heat pump system, characterized in that each or two or more can be operated in combination.
상기 축열 운전모드는
상기 PVT 집열기(1)의 열에너지가, 축열 순환펌프(4)를 통한 수열원의 순환으로 PCM 축열조(6)에 저장되는 제 1축열 운전모드;
인 것을 특징으로 하는 PVT 집열기 연계 태양열 히트펌프 시스템.
According to claim 1,
The heat storage operation mode
A first heat storage operation mode in which the thermal energy of the PVT collector 1 is stored in the PCM heat storage tank 6 by circulation of a heat source through the heat storage circulation pump 4;
PVT collector-connected solar heat pump system, characterized in that.
상기 축열 운전모드는
상기 PVT 집열기(1)의 열에너지가, 축열 순환펌프(4)를 통한 수열원의 순환으로 PCM 축열조(6)에 저장되되, PCM 축열조(6)의 온도가 사전설정 축열온도를 초과하는 경우, PVT 집열기(1)와 PCM 축열조(6) 배관에 설치된 1차 삼방밸브(5)를 통해, 제 2축열 열교환기(16)로 수열원을 순환시켜, 상기 부하측 버퍼탱크(19)로 열에너지가 축열되도록 하는 제 2축열 운전모드;
인 것을 특징으로 하는 PVT 집열기 연계 태양열 히트펌프 시스템.
According to claim 1,
The heat storage operation mode
When the thermal energy of the PVT collector 1 is stored in the PCM heat storage tank 6 through circulation of a water source through the heat storage circulation pump 4, the temperature of the PCM heat storage tank 6 exceeds a preset heat storage temperature, PVT Through the primary three-way valve (5) installed in the heat collector (1) and the PCM heat storage tank (6) piping, the heat source is circulated through the second heat storage heat exchanger (16), so that the heat energy is stored in the load side buffer tank (19). A second heat storage operation mode;
PVT collector-connected solar heat pump system, characterized in that.
상기 히트펌프 운전모드는
상기 PCM 축열조(6)에 저장된 열에너지가, 증발펌프(7)를 통해 수열원으로 상기 히트펌프부(15)와 열교환되고, 상기 히트펌프부(15)는 부하측 버퍼탱크(19)와 열교환되면서 열에너지가 저장된 후 수요처에 공급되도록 하는 제 1히트펌프 운전모드;
인 것을 특징으로 하는 PVT 집열기 연계 태양열 히트펌프 시스템.
According to claim 1,
The heat pump operation mode
The heat energy stored in the PCM heat storage tank 6 is heat-exchanged with the heat pump unit 15 as a water heat source through an evaporation pump 7, and the heat pump unit 15 heat exchanges heat with the load-side buffer tank 19. A first heat pump operation mode that is stored and then supplied to a demand destination;
PVT collector-connected solar heat pump system, characterized in that.
상기 히트펌프 운전모드는
상기 PCM 축열조(6)에 저장된 열에너지가, 증발펌프(7)를 통해 수열원으로 상기 히트펌프부(15)와 열교환되고, 상기 히트펌프부(15)는 부하측 버퍼탱크(19)와 열교환되면서 열에너지가 저장된 후 수요처에 공급되도록 하되,
상기 PCM 축열조(6)가 사전설정 축열온도에서 사전설정 제 1하강온도까지 낮아진 경우,
상기 히트펌프부(15)에 설치된 공기/물 삼방밸브(12)를 통해, 상기 히트펌프부(15)에 제 2증발 열교환기(9)를 통한 공기열원이 동시에 공급되어, 열에너지가 부하측 버퍼탱크(19)에 저장된 후 수요처에 공급되도록 하는 제 2히트펌프 운전모드;
인 것을 특징으로 하는 PVT 집열기 연계 태양열 히트펌프 시스템.
According to claim 1,
The heat pump operation mode
The heat energy stored in the PCM heat storage tank 6 is heat-exchanged with the heat pump unit 15 as a water heat source through an evaporation pump 7, and the heat pump unit 15 heat exchanges heat with the load-side buffer tank 19. Is stored and then supplied to the consumer,
When the PCM heat storage tank (6) is lowered from a preset heat storage temperature to a preset first drop temperature,
Through the air / water three-way valve 12 installed in the heat pump part 15, the air heat source through the second evaporative heat exchanger 9 is simultaneously supplied to the heat pump part 15, so that the heat energy is supplied to the load side buffer tank. A second heat pump operation mode that is stored in (19) and then supplied to a demand destination;
PVT collector-connected solar heat pump system, characterized in that.
상기 히트펌프 운전모드는
상기 PCM 축열조(6)에 저장된 열에너지가, 증발펌프(7)를 통해 수열원으로 상기 히트펌프부(15)와 열교환되고, 상기 히트펌프부(15)는 부하측 버퍼탱크(19)와 열교환되면서 열에너지가 저장된 후 수요처에 공급되도록 하되,
상기 PCM 축열조(6)가 사전설정 축열온도에서 사전설정 제 2하강온도까지 낮아진 경우,
상기 증발펌프(7)를 OFF시켜 PCM 축열조(6)의 열에너지 공급을 차단한 후,
상기 히트펌프부(15)에 설치된 공기/물 삼방밸브(12)를 통해, 상기 히트펌프부(15)에 제 2증발 열교환기(9)를 통한 공기열원만이 사용되어, 열에너지가 부하측 버퍼탱크(19)에 저장된 후 수요처에 공급되도록 하는 제 3히트펌프 운전모드;
인 것을 특징으로 하는 PVT 집열기 연계 태양열 히트펌프 시스템.
According to claim 1,
The heat pump operation mode
The heat energy stored in the PCM heat storage tank 6 is heat-exchanged with the heat pump unit 15 as a water heat source through an evaporation pump 7, and the heat pump unit 15 heat exchanges heat with the load-side buffer tank 19. Is stored and then supplied to the consumer,
When the PCM heat storage tank (6) is lowered from a preset heat storage temperature to a preset second drop temperature,
After turning off the evaporation pump (7) to cut off the heat energy supply of the PCM heat storage tank (6),
Through the air / water three-way valve 12 installed in the heat pump part 15, only the air heat source through the second evaporative heat exchanger 9 is used for the heat pump part 15, so that the heat energy is applied to the load side buffer tank ( 19) the third heat pump operation mode to be stored and then supplied to the consumer;
PVT collector-connected solar heat pump system, characterized in that.
상기 제상 운전모드는
상기 PCM 축열조(6)에 저장된 열에너지가, 증발펌프(7)를 통해 수열원으로 상기 히트펌프부(15)와 열교환되고, 상기 히트펌프부(15)는 부하측 버퍼탱크(19)와 열교환되면서 열에너지가 저장된 후 수요처에 공급되도록 하되,
상기 응축 열교환기(13)가 증발기로 사용되고, 제 1증발 열교환기(8)는 응축기로 사용되어, 제 2증발 열교환기(9)의 제상에 사용되도록 하는 것을 특징으로 하는 PVT 집열기 연계 태양열 히트펌프 시스템.
According to claim 1,
The defrosting operation mode
The heat energy stored in the PCM heat storage tank 6 is heat-exchanged with the heat pump unit 15 as a water heat source through an evaporation pump 7, and the heat pump unit 15 heat exchanges heat with the load-side buffer tank 19. Is stored and then supplied to the consumer,
The condensation heat exchanger (13) is used as an evaporator, the first evaporation heat exchanger (8) is used as a condenser, the PVT heat collector-associated solar heat pump characterized in that it is used for defrosting of the second evaporation heat exchanger (9) system.
상기 제상 운전모드는
상기 PCM 축열조(6)의 열에너지를 증발열원으로 사용하지 않고,
상기 제 2축열 열교환기(16)를 통해 PVT 집열기(1)의 열에너지를 직접 사용하거나, PVT 집열기(1)의 열에너지를 사용할 수 없는 기상상태인 경우에는 부하측 버퍼탱크(19)에 저장된 열에너지를 사용함으로써,
상기 PCM 축열조(6)의 축열된 열에너지를 제상운전에 사용함에 따라, 부하측 버퍼탱크(19)의 온도가 낮아져 수요처의 난방에너지가 손실되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 PVT 집열기 연계 태양열 히트펌프 시스템.
The method of claim 1 or 7,
The defrosting operation mode
The heat energy of the PCM heat storage tank 6 is not used as an evaporation heat source,
Use the thermal energy of the PVT collector 1 directly through the second heat storage heat exchanger 16, or use the thermal energy stored in the load side buffer tank 19 in the case of a meteorological condition where the thermal energy of the PVT collector 1 cannot be used. by doing,
PVT collector-connected solar heat pump system, characterized in that, as the heat energy stored in the PCM heat storage tank (6) is used for defrosting operation, the temperature of the load-side buffer tank (19) is lowered to prevent the loss of heating energy at the customer.
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