KR20210042518A - 태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템 - Google Patents

태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양열과 지열을 이용하여 급탕, 난방, 냉방에너지를 공급할 수 있도록 하는 것으로서, 전력공급이 가능함과 동시에 사용자의 실시예에 따라 열원 선택이 가능하고 다양한 운전모드를 통해 급탕, 난방, 냉방이 선택 또는 동시 운전이 가능토록 한 태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템에 관한 것이다.

Description

태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템{Residential complex energy system using solar energy and geothermal energy}
본 발명은 열(난방, 냉방, 급탕)에너지 생산 및 전력에너지를 동시에 생산할 수 있는 태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템에 관한 것이다.
기후 변화의 가속화에 따라 화석연료의 절감이라는 테마는 지속적인 관심에 있다. 이러한 추세에 맞추어 주거용 주택에서의 에너지 절약 기술도 많은 발전을 이루고 있다. 특히 신재생에너지를 활용하는 측면에서의 에너지 절약을 위한 개념으로 “Zero Energy House”“Zero Energy House”“Energy House”“Plus House”등 다양한 개념의 주거 건물이 탄생하고 있으며, 그 이론적인 배경은 신재생에너지를 활용하여 건물의 부하에 적용함으로써 화석 에너지 사용을 제로화 또는 최소화 할 수 있다는 개념이다.
이러한 주택을 위해서 주거의 단열성, 기밀성, 에너지 효율성을 위해 건축재료 및 설비들이 지속적으로 발전하고 있는 추세이다. 정부에서도 친환경 주택의 보급을 확대하기 위해 법률을 개정하고 지원제도를 정비하여 이러한 주택의 보급확대를 위해 지속적으로 노력하고 있다.
이러한 노력에 따라 주거 건물의 단열성능은 많이 높아지고 있어 주택의 난방부하는 낮아지고 있으며, 냉방 및 전력 부하는 상대적으로 높아지고 있는 추세이다. 최근의 주거 건물의 건물부하는 과거에 비하여 50% 수준까지 낮아진 점은 이채롭다 하겠다.
본 시스템은 이러한 주거 건물의 에너지 특성을 이해하고 한국기후에 적합하며, 열(난방, 냉방, 급탕)에너지 생산 및 전력에너지를 동시에 생산할 수 있는 시스템에 대한 개발이 절실히 대두되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 태양에너지를 활용하여 열과 전력을 획득하며, 부족한 에너지는 지열을 통해서 획득하되, 히트펌프부를 통해 주거에서 필요로하는 급탕, 냉방, 낭방에너지를 적시에 적합한 방법으로 공급할 수 있는 전체 시스템 및 이 시스템에서 필요로 하는 전력의 일부는 PVT 모듈에서 공급할 수 있도록 계통연계를 하는 에너지 절약에 효율적인 시스템인, 태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서,
태양에너지를 통해 전력와 열에너지를 생산하며, 생산된 전력은 전력사용처에 사용하는 PVT 모듈(10); 상기 PVT 모듈(10)에서 생산된 태양의 열에너지가 축열되는 축열탱크(20); 상기 축열탱크(20)와 병렬연결되며, 지열을 통해 열에너지를 생산하는 지중 열교환기(30); 상기 축열탱크(20) 및 지중 열교환기(30)와 연결설치되며, 압축기(41), 응축기, 팽창밸브(45), 증발기 순으로 냉매가 순환유동되되, 냉매순환방향에 따라 응축기 또는 증발기로 전환사용되는 제 1, 2, 3열교환기(42, 43, 44)가 구비되고, 급탕/냉방/난방의 운전모드 전환시 냉매의 이동제어를 위한 4방밸브(46)가 설치되어 있는 히트펌프부(40); 상기 PVT 모듈(10)과 연결됨과 동시에, 상기 제 1열교환기(42)를 통해 히트펌프부(40)와 연결되어, 태양열 에너지 또는 히트펌프부(40)의 가동을 통해 축열이 되어, 급탕이 공급가능토록 하는 급탕탱크(50);
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 태양열과 지열을 이용하여, 급탕, 냉방, 난방에너지를 독립 또는 연계하여, 손쉽고 용이하게 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 사용자의 실시예에 따라, 다양한 운전모드 구현이 가능한 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 히트펌프 열원공급 운전모드를 나타낸 일실시예의 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 태양열을 이용한 축열 운전모드를 나타낸 일실시예의 도면.
도 5 내지 도 9는 본 발명에 따른 히트펌프 운전모드를 나타낸 일실시예의 도면.
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 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.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징을 갖는다.
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.
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.
본 발명에 따른 일실시예를 살펴보면 하기와 같다.
태양에너지를 통해 전력와 열에너지를 생산하며, 생산된 전력은 전력사용처에 사용하는 PVT 모듈(10); 상기 PVT 모듈(10)에서 생산된 태양의 열에너지가 축열되는 축열탱크(20); 상기 축열탱크(20)와 병렬연결되며, 지열을 통해 열에너지를 생산하는 지중 열교환기(30); 상기 축열탱크(20) 및 지중 열교환기(30)와 연결설치되며, 압축기(41), 응축기, 팽창밸브(45), 증발기 순으로 냉매가 순환유동되되, 냉매순환방향에 따라 응축기 또는 증발기로 전환사용되는 제 1, 2, 3열교환기(42, 43, 44)가 구비되고, 급탕/냉방/난방의 운전모드 전환시 냉매의 이동제어를 위한 4방밸브(46)가 설치되어 있는 히트펌프부(40); 상기 PVT 모듈(10)과 연결됨과 동시에, 상기 제 1열교환기(42)를 통해 히트펌프부(40)와 연결되어, 태양열 에너지 또는 히트펌프부(40)의 가동을 통해 축열이 되어, 급탕이 공급가능토록 하는 급탕탱크(50);
상기 제 2열교환기(43)를 통해 히트펌프부(40)와 연결되어, 부하측에 냉/난방을 위한 난방수 또는 냉방수를 제공하는 버퍼탱크(60); 를 포함하여 이루어져, 열원을 선택하는 히트펌프 열원 공급운전모드, 태양열을 이용한 운전모드, 히트파이프를 통한 운전모드가 독립제어 또는 연계제어되며 운전가능토록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 PVT 모듈(10)과 연결된 축열탱크(20)와 급탕탱크(50)의 연결라인에 설치되어, PVT 모듈(10)의 열에너지 축열위치를 선택가능토록 하는, 태양열 축열제어용의 제 1삼방밸브(V1); 상기 히트펌프부(40)와 연결된 축열탱크(20)와 지중 열교환기(30)의 연결라인에 설치되어, 축열탱크(20)의 태양열과 지중 열교환기(30)의 지열 중 하나의 열원이 선택될 수 있도록 하는, 열원 선택용의 제 2삼방밸브(V2); 상기 급탕탱크(50)와 연결된 PVT 모듈(10)과 히트펌프부(40)의 연결라인에 설치되어, 급탕의 열원으로 PVT 모듈(10)과 히트펌프부(40)의 열원 중 하나를 선택할 수 있도록 하는, 급탕 열원 선택용의 제 3삼방밸브(V3); 가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 히트펌프 열원공급 운전모드는 상기 히트펌프부(40)가 제 3열교환기(44)를 통해 축열탱크(20) 및 지중 열교환기(30)와 연결되도록 하되, 상기 축열탱크(20) 및 지중 열교환기(30)와의 연결라인에 제 2삼방밸브(V2)를 설치하여, 열원으로 태양열과 지열 중 하나가 선택되어 운전되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 태양열을 이용한 운전모드는 상기 PVT 모듈(10)을 통한 태양에너지가 상기 급탕탱크(50)로 공급되어 급탕수가 제공될 수 있도록 하거나, 또는 상기 축열탱크(20)로 공급되어, 히트펌프부(40)를 통해 급탕수와 난방수와 동시에 또는 하나만 선택적으로 제공되도록 운전되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 히트펌프부(40)를 통한 운전모드는 상기 제 1, 2열교환기(42, 43)가 응축기로 사용되며, 제 3열교환기(44)가 축열탱크(20) 또는 지중 열교환기(30)와 연결되는 증발기로 사용되어, 급탕탱크(50)를 통한 급탕수 및 버퍼탱크(60)를 통한 난방수 공급이 동시에 이루어지는 급탕/난방 동시운전모드; 상기 제 1열교환기(42)는 응축기로 사용되고, 제 2열교환기(43)는 사용정지되며, 제 3열교환기(44)가 축열탱크(20) 또는 지중 열교환기(30)와 연결되는 증발기로 사용되어, 급탕탱크(50)를 통한 급탕수 공급이 이루어지는 급탕 운전모드; 상기 제 1열교환기(42)는 사용정지되며, 제 2열교환기(43)가 응축기로 사용되고, 제 3열교환기(44)가 축열탱크(20) 또는 지중 열교환기(30)와 연결되는 증발기로 사용되어, 버퍼탱크(60)를 통한 난방수 공급이 이루어지는 난방 운전모드; 상기 제 1, 3열교환기(42, 44)가 응축기로 사용되며, 버퍼탱크(60)와 연결된 제 2열교환기(43)가 증발기로 사용되어, 급탕탱크(50)를 통한 급탕수 및 버퍼탱크(60)를 통한 냉방수 공급이 동시에 이루어지는 급탕/냉방 동시운전모드; 상기 제 1열교환기(42)는 사용정지되며, 제 2열교환기(43)가 응축기로 사용되며, 버퍼탱크(60)와 연결된 제 3열교환기(44)가 증발기로 사용되어, 버퍼탱크(60)를 통한 냉방수 공급이 이루어지는 냉방 운전모드; 로 이루어져, 상기 운전모드 중 어느 하나가 선택운전되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 PVT 모듈(10)을 통한 태양열 에너지는 난방과 급탕 운전시에 사용하되, 냉방운전시에는 지중 열교환기(30)를 통한 지열원 에너지가 사용하는 것을 특징으로 한다.
이하, 도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템을 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템은, PVT 모듈(10), 지중 열교환기(30),제 1, 2, 3열교환기(42, 43, 44)를 통해, 급탕 및 냉,난방 에너지를 공급할 수 있는 시스템으로, 그 구성으로는 PVT 모듈(10), 축열탱크(20), 지중 열교환기(30), 히트펌프부(40), 급탕탱크(50), 버퍼탱크(60)를 포함하여 이루어진다.
상기 PVT 모듈(10)은 태양에너지를 통해 전력와 열에너지를 생산하며, 생산된 전력은 전력사용처에 사용할 수 있도록 하는 것이다.
이러한 상기 PVT 모듈(10)은 태양열 및 태양광 에너지를 복합적으로 생산하는 것으로, 널리 공지된 기술이며, 본 발명에 적용된 PVT 모듈(10)은 액체식 PVT 모듈(10)이다.
상기 PVT 모듈(10)에서 생산된 전력은 계통 연계되며, 본 발명 장치 및 시스템(또는 별도의 사용처)에서 필요로 하는 전력으로 사용되고, 남는 전력은 계통 연계 상계되는 것이다. 더불어, 생산된 열에너지는 후술될 축열탱크(20) 및 급탕탱크(50)에 연결되어 필요한 열에너지를 공급하는 것이다.
상기 축열탱크(20)는 PVT 모듈(10)에서 생산된 태양의 열에너지가 축열되는 탱크이다.
즉, 상기 PVT 모듈(10)에서 생산된 태양의 열에너지를 축열하는 저장탱크로써, 본 발명의 시스템 규모에 따라 적절한 용량을 설계할 수 있음은 당연할 것이다.
또한, 내부에 저장된 열에너지는 후술될 지중 열교환기(30)(지열 열교환기)와 병열연결되어, 히트펌프부(40)(히트펌프 시스템)에서 필요로하는 에너지를 공급할 수 있도록 하는 것이다. 이러한 축열탱크(20) 내부는 열교환 코일이 내장된 형태이다. (통상 이를 “탱크내장형 열교환기”라 칭함.)
상기 지중 열교환기(30)는 전술된 축열탱크(20)와 병렬연결되며, 지열을 통해 열에너지를 생산하는 곳이며, 이러한 지열의 열에너지를 생산하는 지중 열교환기(30)의 구조나 작동방법은 널리 공지된 기술이므로, 상세한 설명은 생략한다.
상기 히트펌프부(40)는 전술된 축열탱크(20) 및 지중 열교환기(30)와 연결설치되며, 압축기(41), 응축기, 팽창밸브(45), 증발기 순으로 냉매가 순환유동되되, 냉매순환방향에 따라 상기 응축기 또는 증발기로 전환사용되는 제 1, 2, 3열교환기(42, 43, 44)가 구비되고, 급탕/냉방/난방의 운전모드 전환시 냉매의 이동제어를 위한 4방밸브(46)가 설치되어 있는 장치이다.
다시말해, 냉,난방 및 급탕을 동시에 공급하기 위해, 제 1, 2, 3열교환기(42, 43, 44)가 구성되어 있고, 히트펌프를 구성하는 통상의 압축기(41), 팽창밸브(45) 및 냉매 운전모드 절환을 위한 4방밸브(46)로 구성되어 있는 것이다.
이러한 히트펌프부(40)(히트펌프 시스템)은 히트펌프 운전모드 5가지 운전모드, 열원 공급모드 2가지 운전모드, 태양열 축열운전모드 2가지 모드로 구성되며 각 모드 들이 독립제어 혹은 연계제어 운전이 가능하다. 이는 하기에서 자세히 설명하도록 한다.
각 운전모드에 따라 최적 순환제어를 위해 3방향 제어 밸브, 즉 삼방밸브가 다수 설치되어 있는데, 태양열 축열제어용의 제 1삼방밸브(V1), 열원(지열, 태양열) 선택용의 제 2삼방밸브(V2), 급탕 열원 선택용의 제 3삼방밸브(V3)로 이루어진다.
상기 제 1삼방밸브(V1)는 PVT 모듈(10)과 연결된 축열탱크(20)와 급탕탱크(50)의 연결라인에 설치되어, PVT 모듈(10)의 열에너지 축열위치를 선택가능토록 하는, 태양열 축열제어용이며, 상기 제 2삼방밸브(V2)는 히트펌프부(40)와 연결된 축열탱크(20)와 지중 열교환기(30)의 연결라인에 설치되어, 축열탱크(20)의 태양열과 지중 열교환기(30)의 지열 중 하나의 열원이 선택될 수 있도록 하는, 열원 선택용이며, 상기 제 3삼방밸브(V3)는 급탕탱크(50)와 연결된 PVT 모듈(10)과 히트펌프부(40)의 연결라인에 설치되어, 급탕의 열원으로 PVT 모듈(10)과 히트펌프부(40)의 열원 중 하나를 선택할 수 있도록 하는, 급탕 열원 선택용이다.
급탕 열원 선택용 제 3삼방밸브(V3)의 경우, PVT 모듈(10)(태양열 집열기)가 동작중일 경우에는, 항상 태양열 회로측으로 작동(개로) 하며, 이 경우에 히트펌프부(40)의 급탕용 펌프는 가동을 중지한다.
상기 히트펌프부(40)의 동작은 급탕전용, 난방전용, 냉방전용, 냉방 및 급탕, 난방 및 급탕에 각각 대응할 수 있도록 시스템이 구성되는 것이며, 이 경우 시스템의 가동은 열원 온도 및 운전 조건에 따라 선택적으로 결정되는 것이다.
1) 태양열이 충분하고 난방 및 급탕 운전시 : 태양열원 활용
2) 태양열이 충분하더라도 냉방 운전시 : 지열원 활용
3) 냉방 운전시 : 지열원 활용
상기 급탕탱크(50)는 전술된 PVT 모듈(10)과 연결됨과 동시에, 상기 제 1열교환기(42)를 통해 히트펌프부(40)와 연결되어, 태양열 에너지 또는 히트펌프부(40)의 가동을 통해 축열이 되어, 급탕이 공급가능토록 하는 탱크이다.
즉, 급탕을 위한 축열조로 태양열 에너지 및 히트펌프부(40)의 가동에 의해 축열되는 것이고, 태양열 에너지가 충분할 경우에는 태양열 만으로 급탕을 공급하며, 부족한 열에너지는 히트펌프부(40) 가동을 통해 공급된다.
상기 버퍼탱크(60)는 전술된 제 2열교환기(43)를 통해 히트펌프부(40)와 연결되어, 부하측에 냉/난방을 위한 난방수 또는 냉방수를 제공하는 탱크이다.
냉방 및 난방 공급시 히트펌프부(40) 부하대응 및 부하의 요구 능력의 갭을 줄일 목적으로 히트펌프부(40)와 부하단(사용처)에 설치된다.
이러한 버퍼 탱크는 여름철에는 냉방수를 저장하며, 겨울철에는 난방수를 저장하는 용도로 사용되며, 200 ~ 500리터 정도로 설계된다.
본 발명에서 상기와 같은 구성을 가지는 태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템은, 열원을 선택하는 히트펌프 열원 공급운전모드(2가지), 태양열을 이용한 운전모드(2가지), 히트파이프를 통한 운전모드(5가지)가 독립제어 또는 연계제어되며 운전가능토록 하는 것이다.
1. 히트펌프 열원공급 운전모드의 경우,
상기 히트펌프부(40)가 제 3열교환기(44)를 통해 축열탱크(20) 및 지중 열교환기(30)와 연결되도록 하되, 상기 축열탱크(20) 및 지중 열교환기(30)와의 연결라인에 제 2삼방밸브(V2)를 설치하여, 열원으로 태양열이 선택되어 운전되는 경우와, 지열이 선택되어 운전되는 경우 중 어느 하나가 선택되어 운전될 수 있도록 하는 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 급탕과 난방이 동시에 이루어지는 경우에서, 도 1은 지중 열교환기(30)가 구동되지 않는 상태에서, PVT 모듈(10)과 연결되어 축열된 축열탱크(20)로부터 태양 열에너지를 통해 히트펌프부(40)를 작동시키는 일실시예이며,
도 2는 축열탱크(20)에 축열된 태양 열에너지가 사용되지 않는 상태에서, 지중 열교환기(30)를 통해 지열을 이용하여 히트펌프부(40)를 작동시키는 일실시예이다.
이렇듯, 태양열인 축열탱크(20)와 지열인 지중 열교환기(30)의 선택제어는, 전술된 상기 축열탱크(20) 및 지중 열교환기(30)와의 연결라인에 설치된 제 2삼방밸브(V2)의 제어를 통해 이루어질 수 있는 것이다.
2. 태양열을 이용한 운전모드의 경우,
상기 PVT 모듈(10)을 통한 태양에너지가, 상기 급탕탱크(50)로 공급되어 급탕수가 제공될 수 있도록 하는 경우, 또는 상기 축열탱크(20)로 공급되어, 히트펌프부(40)를 통해 급탕수와 난방수와 동시에 또는 하나만 선택적으로 제공되도록 운전되도록 하는 경우 중 어느 하나가 선택되어 운전될 수 있도록 한 것이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, PVT 모듈(10)을 통해 태양열을 이용하는 것이되, 도 3은 급탕탱크(50)에 태양열을 축열하는 급탕에 사용하는 일실시예이며,
도 4는 축열탱크(20)에 태양열을 축열함으로써, 히트펌프부(40)를 이용하여 열원(난방, 급탕)에 사용될 수 있도록 하는 일실시예이다.
이렇듯, 태양열을 급탕탱크(50)와 축열탱크(20) 어느쪽에 사용할 것인지의 선택제어는, PVT 모듈(10)과 연결된 급탕탱크(50)와 축열탱크(20)의 연결라인에 설치된 제 3삼방밸브(V3)의 제어를 통해 이루어질 수 있는 것이다.
3. 히트펌프부(40)를 통한 운전모드의 경우, 급탕/난방 동시운전모드, 급탕 운전모드, 난방 운전모드, 급탕/냉방 동시운전모드, 냉방 운전모드의 총 5가지 운전모드가 가능하다.
① 급탕/난방 동시운전모드: 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제 1, 2열교환기(42, 43)가 응축기로 사용되며, 제 3열교환기(44)가 축열탱크(20) 또는 지중 열교환기(30)와 연결되는 증발기로 사용되어, 급탕탱크(50)를 통한 급탕수 및 버퍼탱크(60)를 통한 난방수 공급이 동시에 이루어지는 것이다.
② 급탕 운전모드: 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제 1열교환기(42)는 응축기로 사용되고, 제 2열교환기(43)는 사용정지되며, 제 3열교환기(44)가 축열탱크(20) 또는 지중 열교환기(30)와 연결되는 증발기로 사용되어, 급탕탱크(50)를 통한 급탕수 공급이 이루어지는 것이다.
③ 난방 운전모드: 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제 1열교환기(42)는 사용정지되며, 제 2열교환기(43)가 응축기로 사용되고, 제 3열교환기(44)가 축열탱크(20) 또는 지중 열교환기(30)와 연결되는 증발기로 사용되어, 버퍼탱크(60)를 통한 난방수 공급이 이루어지는 것이다.
④ 급탕/냉방 동시운전모드: 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제 1, 3열교환기(42, 44)가 응축기로 사용되며, 버퍼탱크(60)와 연결된 제 2열교환기(43)가 증발기로 사용되어, 급탕탱크(50)를 통한 급탕수 및 버퍼탱크(60)를 통한 냉방수 공급이 동시에 이루어지는 것이다.
⑤ 냉방 운전모드: 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제 1열교환기(42)는 사용정지되며, 제 2열교환기(43)가 응축기로 사용되며, 버퍼탱크(60)와 연결된 제 3열교환기(44)가 증발기로 사용되어, 버퍼탱크(60)를 통한 냉방수 공급이 이루어지는 것으로,
상기 실시예에 따라, 상기 5가지 운전모드 중 어느 하나가 선택운전이 가능한 것이다.
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.
10: PVT 모듈 20: 축열탱크
30: 지중 열교환기 40: 히트펌프부
41: 압축기 42: 제 1열교환기
43: 제 2열교환기 44: 제 3열교환기
45: 팽창밸브 46: 4방밸브
50: 급탕탱크 60: 버퍼탱크
V1: 제 1삼방밸브 V2: 제 2삼방밸브
V3: 제 3삼방밸브

Claims (6)

  1. 태양에너지를 통해 전력와 열에너지를 생산하며, 생산된 전력은 전력사용처에 사용하는 PVT 모듈(10);
    상기 PVT 모듈(10)에서 생산된 태양의 열에너지가 축열되는 축열탱크(20);
    상기 축열탱크(20)와 병렬연결되며, 지열을 통해 열에너지를 생산하는 지중 열교환기(30);
    상기 축열탱크(20) 및 지중 열교환기(30)와 연결설치되며, 압축기(41), 응축기, 팽창밸브(45), 증발기 순으로 냉매가 순환유동되되, 냉매순환방향에 따라 응축기 또는 증발기로 전환사용되는 제 1, 2, 3열교환기(42, 43, 44)가 구비되고, 급탕/냉방/난방의 운전모드 전환시 냉매의 이동제어를 위한 4방밸브(46)가 설치되어 있는 히트펌프부(40);
    상기 PVT 모듈(10)과 연결됨과 동시에, 상기 제 1열교환기(42)를 통해 히트펌프부(40)와 연결되어, 태양열 에너지 또는 히트펌프부(40)의 가동을 통해 축열이 되어, 급탕이 공급가능토록 하는 급탕탱크(50);
    상기 제 2열교환기(43)를 통해 히트펌프부(40)와 연결되어, 부하측에 냉/난방을 위한 난방수 또는 냉방수를 제공하는 버퍼탱크(60); 를 포함하여 이루어져,
    열원을 선택하는 히트펌프 열원 공급운전모드, 태양열을 이용한 운전모드, 히트파이프를 통한 운전모드가 독립제어 또는 연계제어되며 운전가능토록 하는 것을 특징으로 하는 태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 PVT 모듈(10)과 연결된 축열탱크(20)와 급탕탱크(50)의 연결라인에 설치되어, PVT 모듈(10)의 열에너지 축열위치를 선택가능토록 하는, 태양열 축열제어용의 제 1삼방밸브(V1);
    상기 히트펌프부(40)와 연결된 축열탱크(20)와 지중 열교환기(30)의 연결라인에 설치되어, 축열탱크(20)의 태양열과 지중 열교환기(30)의 지열 중 하나의 열원이 선택될 수 있도록 하는, 열원 선택용의 제 2삼방밸브(V2);
    상기 급탕탱크(50)와 연결된 PVT 모듈(10)과 히트펌프부(40)의 연결라인에 설치되어, 급탕의 열원으로 PVT 모듈(10)과 히트펌프부(40)의 열원 중 하나를 선택할 수 있도록 하는, 급탕 열원 선택용의 제 3삼방밸브(V3);
    가 구비되는 것을 특징으로 하는 태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 히트펌프 열원공급 운전모드는
    상기 히트펌프부(40)가 제 3열교환기(44)를 통해 축열탱크(20) 및 지중 열교환기(30)와 연결되도록 하되,
    상기 축열탱크(20) 및 지중 열교환기(30)와의 연결라인에 제 2삼방밸브(V2)를 설치하여,
    열원으로 태양열과 지열 중 하나가 선택되어 운전되도록 하는 것을 특징으로 하는 태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 태양열을 이용한 운전모드는
    상기 PVT 모듈(10)을 통한 태양에너지가
    상기 급탕탱크(50)로 공급되어 급탕수가 제공될 수 있도록 하거나, 또는
    상기 축열탱크(20)로 공급되어, 히트펌프부(40)를 통해 급탕수와 난방수와 동시에 또는 하나만 선택적으로 제공되도록 운전되도록 하는 것을 특징으로 하는 태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 히트펌프부(40)를 통한 운전모드는
    상기 제 1, 2열교환기(42, 43)가 응축기로 사용되며, 제 3열교환기(44)가 축열탱크(20) 또는 지중 열교환기(30)와 연결되는 증발기로 사용되어, 급탕탱크(50)를 통한 급탕수 및 버퍼탱크(60)를 통한 난방수 공급이 동시에 이루어지는 급탕/난방 동시운전모드;
    상기 제 1열교환기(42)는 응축기로 사용되고, 제 2열교환기(43)는 사용정지되며, 제 3열교환기(44)가 축열탱크(20) 또는 지중 열교환기(30)와 연결되는 증발기로 사용되어, 급탕탱크(50)를 통한 급탕수 공급이 이루어지는 급탕 운전모드;
    상기 제 1열교환기(42)는 사용정지되며, 제 2열교환기(43)가 응축기로 사용되고, 제 3열교환기(44)가 축열탱크(20) 또는 지중 열교환기(30)와 연결되는 증발기로 사용되어, 버퍼탱크(60)를 통한 난방수 공급이 이루어지는 난방 운전모드;
    상기 제 1, 3열교환기(42, 44)가 응축기로 사용되며, 버퍼탱크(60)와 연결된 제 2열교환기(43)가 증발기로 사용되어, 급탕탱크(50)를 통한 급탕수 및 버퍼탱크(60)를 통한 냉방수 공급이 동시에 이루어지는 급탕/냉방 동시운전모드;
    상기 제 1열교환기(42)는 사용정지되며, 제 2열교환기(43)가 응축기로 사용되며, 버퍼탱크(60)와 연결된 제 3열교환기(44)가 증발기로 사용되어, 버퍼탱크(60)를 통한 냉방수 공급이 이루어지는 냉방 운전모드;
    로 이루어져, 상기 운전모드 중 어느 하나가 선택운전되는 것을 특징으로 하는 태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 PVT 모듈(10)을 통한 태양열 에너지는 난방과 급탕 운전시에 사용하되,
    냉방운전시에는 지중 열교환기(30)를 통한 지열원 에너지가 사용하는 것을 특징으로 하는 태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템.
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