WO2015102170A1 - 지열을 이용한 냉난방 시스템 - Google Patents

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WO2015102170A1
WO2015102170A1 PCT/KR2014/004838 KR2014004838W WO2015102170A1 WO 2015102170 A1 WO2015102170 A1 WO 2015102170A1 KR 2014004838 W KR2014004838 W KR 2014004838W WO 2015102170 A1 WO2015102170 A1 WO 2015102170A1
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heat
unit
control unit
geothermal
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PCT/KR2014/004838
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박기주
박현수
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(주)케이디파워
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/06—Heat pumps characterised by the source of low potential heat
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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • F24T10/00—Geothermal collectors
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
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    • F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10—Geothermal energy

Definitions

  • the present invention relates to a cooling and heating system using geothermal heat, and to a cooling and heating system using geothermal heat to heat a refrigerant with geothermal heat to operate indoor cooling.
  • Commonly used home and industrial energy sources include fossil fuels such as petroleum and natural gas or nuclear fuel. These energy sources not only pollute the environment including water quality and soil due to various pollutants generated in the combustion process, but also because of the limited reserves, alternative energy development is actively progressing.
  • geothermal heat which is a member of alternative energy, is applied to an air conditioner that provides air-conditioning by using geothermal heat distributed in a certain range of the ground. If geothermal heat is applied to air-conditioning technology in buildings such as homes, existing air-conditioning Energy savings of up to 40% or more, and energy savings of 40 to 70%, are reported.
  • the geothermal air conditioner uses geothermal heat exchangers buried to a certain depth in the basement to release the heat of the refrigerant to the ground in the summer, and to absorb the heat from the ground in the winter, the geothermal heat is maintained at about 10 ⁇ 20 °C throughout the year. Through this year, stable cooling and heating operation is possible.
  • the conventional air conditioner using geothermal heat does not continuously receive the amount of heat required for continuous operation for a long time.
  • the heat exchange direction or flow rate of the refrigerant is a problem that the underground heat exchanger is easily subjected to a screed.
  • the present invention is to solve such a problem, and more particularly, to provide a cooling and heating system using geothermal heat to control the flow direction of the refrigerant inside the underground heat exchanger, and to accumulate through surplus power.
  • the present invention is provided with an inlet through which refrigerant is introduced to one side so that the refrigerant can be heat exchanged with geothermal heat, and an outlet through which the refrigerant is discharged is formed on the other side.
  • An underground heat exchanger having a plurality of flowing unit ports;
  • a control unit for controlling the flow of the refrigerant to be connected to the unit port in one of the selected mode in series or parallel and connected to the control unit receives the refrigerant heat exchanged by the geothermal heat from the underground heat exchanger from the control unit indoor
  • It provides a heating and cooling system using geothermal heat, characterized in that it comprises a heat pump for supplying high-temperature or low-temperature air to the indoor unit provided in the space.
  • the control unit has one end connected to the heat pump, a first passage connecting each inlet of the unit ports, one end connected to the other end of the first passage, and each outlet of the unit ports.
  • the other end may include a second passage connected to the heat pump.
  • the geothermal heating and cooling system includes a plurality of first valves provided between the first channel and respective inlets of the unit ports, and a plurality of second valves provided between the outlets of the second channel and the unit ports.
  • the valve may further include.
  • the geothermal heating and cooling system may further include a third passage extending between the other end of the first passage and one end of the second passage and connected to the heat pump.
  • the geothermal heating and cooling system may further include a third valve provided at a portion that meets the third passage between the other end of the first passage and one end of the second passage.
  • the control unit may include a temperature sensor for detecting a temperature difference generated by the refrigerant introduced into each inlet of the unit ports is discharged to each outlet.
  • the control unit may control to change the direction of entry and exit of the coolant on the first to third flow paths using the temperature information of the coolant provided from the temperature sensor.
  • the control unit may control to change the flow path of the coolant on the first to third flow paths using the temperature information of the coolant provided from the temperature sensor.
  • the control unit may control to change the flow rate of the coolant on the first to third flow paths using temperature information of the coolant provided from the temperature sensor.
  • the control unit may control to bypass some of the unit ports by opening and closing the first to third valves on the first to third channels so as to selectively use one or a plurality of the unit ports. Can be.
  • the underground heat exchanger can realize the optimal underground heat exchange rate by analyzing the stress according to the consumption of the underground heat source
  • FIG. 1 is a reference diagram schematically showing a cooling and heating system using geothermal heat according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a control unit of a cooling and heating system using geothermal heat shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a reference diagram showing a state in which the operation in the forward direction in the serial mode of the cooling and heating system using the geothermal heat shown in FIG.
  • FIG. 4 is a reference diagram showing a state in which the operation in the reverse direction in the serial mode of the geothermal heating and cooling system shown in FIG.
  • FIG. 5 is a reference diagram illustrating an operating state in a parallel mode of a cooling and heating system using geothermal heat shown in FIG. 2.
  • 6A and 6B are reference diagrams showing a state in which the geothermal heating and cooling system using FIG. 2 bypasses the control unit partially.
  • FIG. 1 is a reference diagram schematically showing a cooling and heating system 100 using geothermal heat according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a perspective view showing a control unit of the heating and cooling system 100 using geothermal heat shown in Figure 1
  • 3 is a reference diagram showing a state of operating in the forward direction in the tandem mode of the heating and cooling system 100 using the geothermal heat shown in Figure 2
  • Figure 4 is in a tandem mode of the heating and cooling system 100 using the geothermal heat shown in FIG. It is a reference figure which shows the state which operates in a reverse direction.
  • an air-conditioning and heating system 100 using geothermal heat is an underground heat exchanger having a plurality of unit ports (U) for heat-exchanging the refrigerant flowing in the ground with geothermal ( 110 and a control unit 120 for controlling the flow of the refrigerant by connecting the plurality of unit ports U in series or in parallel, and provided between the control unit 120 and the indoor unit 10. It includes a heat pump 130 for supplying a high temperature or low temperature air.
  • the unit ports (U) are inserted into a drilled portion (not shown) spaced apart at set intervals in the ground, and an inlet 117 through which refrigerant is introduced is formed at one side thereof, and an outlet at which the refrigerant is discharged to the other side thereof. 118 is formed.
  • the inlet 117 and the outlet 118 are respectively connected to the control unit 120, the opening and closing of the inlet 117 and the outlet 118 is controlled by the control unit 120. Accordingly, as the control directions of the inlet 117 and the outlet 118 are changed, the functions of the inlet and the outlet may be changed.
  • the control unit 120 has one end connected to the heat pump 130, a first flow passage 121 connecting the inlets 117 of the unit ports U, and one end of the first flow passage.
  • a second flow passage 122 connected to the other end of the 121 and each outlet 118 of the unit ports U and the other end connected to the heat pump 130, and the first flow passage 121.
  • a third flow passage 123 extending between the other end of the second flow path and one end of the second flow passage 122 and connected to the heat pump 130.
  • first valves 121a provided on the first passage 121 to open or close the inlets 117 of the unit ports U or to open or close a portion of the first passage 121.
  • Second valves 122a provided on the second passage 122 to open or close the respective outlets 118 of the unit ports U or to open or close a portion of the second passage 122, and the first passage (
  • a third valve 123a provided at a portion that meets the third passage 123 between the other end of the second passage 121 and one end of the second passage 122.
  • a plurality of refrigerants flowing in the first passage 121 to the third passage 123 may be plural in accordance with opening and closing operations of the first valve 121a, the second valve 122a, and the third valve 123a.
  • the unit ports (U) are heat exchanged with the geothermal heat while passing through the serial mode or parallel mode.
  • the control unit 120 includes a temperature sensor 124 for detecting a temperature difference generated by the refrigerant introduced into each inlet 117 of the unit ports (U) is discharged to each outlet (118).
  • the temperature sensor 124 is provided adjacent to each of the inlet 117 side and the outlet 118 side of the unit ports (U), respectively, and also in the ground to measure the temperature of the outlet 118 side and geothermal heat It may be arranged.
  • the temperature sensor may be provided at any position capable of detecting a temperature change of the refrigerant flowing in the unit ports U.
  • the refrigerant may be controlled to flow in the forward or reverse direction between the first passage 121 to the third passage 123 in response to the degree of heat exchange stress in the ground.
  • the control unit 120 is operated in a serial mode operation state.
  • the unit ports U are configured as the first port 111 to the sixth port 116 as an example.
  • the first port 111 to the sixth port 116 is a configuration for indicating the flow of the refrigerant is a matter of course that the number of the unit port (U) can be changed according to the heat exchange scale.
  • the first passage 121 receives the refrigerant discharged from the heat pump 130 and supplies the refrigerant to the inlet 117 side of the first port 111, and then the outlet 118 of the first port 111.
  • the refrigerant discharged to the side) flows into the outlet 118 side of the second port 112 through the second passage 122, and the refrigerant discharged toward the inlet 117 side of the second port 112 is It is introduced into the inlet 117 side of the third port 113 through the first passage 121.
  • the refrigerant flows through the inlet 117 side and the outlet 118 side of each of the ports and sequentially circulates all the ports and then heat exchanged to the heat pump 130 through the third passage 123. Will be supplied.
  • the heat pump 130 is supplied with an auxiliary heat source for cooling and heating through the heat exchanged refrigerant.
  • the refrigerant discharged from the heat pump 130 is first supplied to the inlet 117 of the sixth port through the third flow path 123, and thus, the refrigerant of FIG. If the refrigerant is sequentially supplied in the reverse direction of the flow, the following effects can be expected.
  • the first port 111 in which the initial heat exchange takes place is relatively more stressed than the sixth port 116. Will receive.
  • the refrigerant is circulated from the sixth port 116 toward the first port 111 to reduce the stress of the first port 111. In addition, it can operate efficiently for faster heat exchange.
  • FIG. 5 is a reference diagram showing an operating state in a parallel mode of the air-conditioning system 100 using geothermal heat shown in FIG.
  • the control unit 120 is operated in a parallel mode operating state.
  • the first passage 121 receives the refrigerant discharged from the heat pump 130 and supplies the refrigerant to the inlet 117 of the first port 111 to the fifth port 115, respectively, and the unit port U
  • the refrigerant introduced into the inlet 117 side of the c) moves toward the outlet 118 and undergoes heat exchange in the ground.
  • the heat exchanged refrigerant is collected on the second passage 122 while being discharged toward the outlet 118, and the second passage 122 supplies the heat exchanged refrigerant to the heat pump 130 again. .
  • the heat pump 130 is supplied with an auxiliary heat source for cooling and heating through the heat exchanged refrigerant.
  • 6A and 6B are reference diagrams showing a state in which the cooling and heating system 100 using geothermal heat shown in FIG. 2 bypasses the control unit 120 partially.
  • FIG. 6A illustrates an operating state in a serial mode, but heat exchange is not performed in the third port 113 in the middle portion, and the fourth port 114 is connected to the second port 112. The refrigerant is flowing.
  • the third port 113 has a problem in the operating state, or when the stress is severe due to the heat exchange of the third port 113, or because the geothermal and heat exchange amount is sufficient, only some ports.
  • some of the unit ports U may be selectively operated.
  • FIG. 6B illustrates an operating state in parallel mode, but heat exchange is not performed in the third port 113 in the middle portion, and the fourth port 114 in the second port 112. The refrigerant is bypassed with).
  • some of the unit ports (U) can be selectively operated to provide an optimal heat exchange performance in consideration of the stress of each of the unit ports (U).
  • control unit 120 uses the temperature information of the refrigerant provided from the temperature sensor 124 to provide the first passage ( 121) to control the flow rate of the refrigerant on the third passage 123.
  • first passage 121a first valve

Abstract

본 발명은 지중에 매설되어 냉매를 지열과 열 교환시킬 수 있도록 일 측에 냉매가 유입되는 입구가 형성되고, 타 측에 냉매가 배출되는 출구가 형성되어 내부에 냉매가 유동하는 복수개의 단위 포트를 구비하는 지중 열교환기; 상기 단위 포트를 직렬 또는 병렬 중 선택된 하나의 모드로 연결되도록 냉매의 흐름을 제어하는 제어유닛 및 상기 제어유닛과 연결되어 상기 지중 열교환기로부터 지열에 의해 열 교환된 냉매를 상기 제어유닛으로부터 공급받아 실내공간에 마련된 실내기에 고온 또는 저온의 공기를 공급시키는 히트펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템을 제공한다.

Description

지열을 이용한 냉난방 시스템
본 발명은 지열을 이용한 냉난방 시스템에 관한 것으로서, 냉매를 지열과 열교환 하여 실내 냉난방을 가동시킬 수 있는 지열을 이용한 냉난방 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 사용되고 있는 가정 및 산업용 에너지원은 석유나 천연가스와 같은 화석연료 또는 핵연료 등이 주류를 이루고 있다. 이러한 에너지원은 연소과정에서 발생하는 각종 공해물질로 인하여 수질 및 토양을 포함하는 환경을 오염시킬 뿐만 아니라, 매장량의 한계가 있기 때문에 대체에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다.
이러한 대체 에너지 중에서도 녹색 에너지로 각광받고 있고, 무한한 에너지원을 갖는 풍력, 태양열, 지열 등에 관한 연구가 지속되고 있으며, 이러한 에너지원은 공기오염과 기후변화에 거의 영향을 미치지 않으면서 에너지를 얻을 수 있는 장점이 있는 반면 에너지 밀도가 대단히 낮은 단점이 있다.
특히, 풍력과 태양열을 이용하여 에너지를 얻기 위해서는 설치장소의 한계와 함께 넓은 면적이 확보되어야 하며, 이 장치들은 단위 장치당 에너지 생산용량이 적고 또한 설치 및 유지관리에 많은 비용이 소요되고 있다.
또한 대체 에너지의 일원인 지열은 지중의 일정한 범위에 분포되는 지열을 이용하여 냉난방을 제공하는 공기 조화장치에 적용되기도 하는데, 지열을 이용하여 가정을 비롯한 건물 등의 냉난방 기술에 적용하는 경우, 기존 냉난방장치에 비하여 최대 40% 이상의 에너지를 절감할 수 있으며, 40~70%의 에너지 발생비용을 절감할 수 있는 것으로 알려져 있다.
이러한 지열을 이용한 공기 조화장치는 지하에 일정 깊이로 매설된 지중 열교환기 통하여 하절기에는 지중으로 냉매의 열을 방출하고, 동절기에는 지중으로부터 냉매가 열을 흡수하여 연중 약 10~20℃로 유지되는 지열을 통하여 연내 안정적인 냉난방 운전이 가능하다.
그러나 종래 사용되고 있는 지열을 이용한 공기 조화장치는 장시간 연속 운전 시 필요한 열량을 지열로부터 지속적으로 공급받지 못하는 경우가 발생하고 있다.
또한 냉매의 열교환 방향 또는 유속이 일정하여 지중 열교환기가 쉽게 스크레스를 받게 되는 문제가 있다.
게다가, 히트펌프로 유입되는 냉매의 온도가 높아지는 경우, 히트펌프의 수명이 단축되는 문제점이 지적되고 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 보다 상세하게는 지중 열교환기 내부의 냉매가 유동하는 방향을 제어하고, 잉여전력을 통하여 축열할 수 있는 지열을 이용한 냉난방 시스템를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 수행하기 위한 본 발명은 지중에 매설되어 냉매를 지열과 열 교환시킬 수 있도록 일 측에 냉매가 유입되는 입구가 형성되고, 타 측에 냉매가 배출되는 출구가 형성되어 내부에 냉매가 유동하는 복수개의 단위 포트를 구비하는 지중 열교환기; 상기 단위 포트를 직렬 또는 병렬 중 선택된 하나의 모드로 연결되도록 냉매의 흐름을 제어하는 제어유닛 및 상기 제어유닛과 연결되어 상기 지중 열교환기로부터 지열에 의해 열 교환된 냉매를 상기 제어유닛으로부터 공급받아 실내공간에 마련된 실내기에 고온 또는 저온의 공기를 공급시키는 히트펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템을 제공한다.
상기 제어유닛은 일 단부가 상기 히트펌프와 연결되고, 상기 단위 포트들의 각 입구들을 연결하는 제1유로와, 일 단부가 상기 제1유로의 타 단부와 연결되고, 상기 단위 포트들의 각 출구들과 타 단부가 상기 히트펌프와 연결되는 제2유로를 포함할 수 있다.
상기 지열을 이용한 냉난방 시스템은 상기 제1유로와 상기 단위 포트들의 각 입구들 사이에 마련되는 복수개의 제1밸브들 및 상기 제2유로와 상기 단위 포트들의 각 출구들 사이에 마련되는 복수개의 제2밸브들을 더 포함할 수 있다.
상기 지열을 이용한 냉난방 시스템은 상기 제1유로의 타 단부와 상기 제2유로의 일 단부 사이에서 연장되어 상기 히트펌프와 연결되는 제3유로를 더 포함할 수 있다.
상기 지열을 이용한 냉난방 시스템은 상기 제1유로의 타 단부와 상기 제2유로의 일 단부 사이에서 상기 제3유로와 만나는 부분에 마련되는 제3밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 제어유닛은 상기 단위 포트들의 각 입구들로 유입된 냉매가 각 출구들로 배출되면서 발생되는 온도차를 감지하는 온도센서를 포함할 수 있다.
상기 제어유닛은 상기 온도센서로부터 제공되는 냉매의 온도정보를 이용하여 상기 제1유로 내지 제3유로 상에서 냉매의 출입방향을 변경할 수 있도록 제어할 수 있다.
상기 제어유닛은 상기 온도센서로부터 제공되는 냉매의 온도정보를 이용하여 상기 제1유로 내지 제3유로 상에서 냉매의 유동경로를 변경할 수 있도록 제어할 수 있다.
상기 제어유닛은 상기 온도센서로부터 제공되는 냉매의 온도정보를 이용하여 상기 제1유로 내지 제3유로 상에서 냉매의 유동속도를 변경할 수 있도록 제어할 수 있다.
상기 제어유닛은 상기 단위 포트들 중 하나 또는 복수개를 선택적으로 사용할 수 있도록 상기 제1유로 내지 제3유로 상에서 각각 상기 제1밸브 내지 제3밸브를 개폐하여 상기 단위 포트 중 일부를 바이패스 하도록 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 지열을 이용한 냉난방 시스템에 따르면,
첫째, 실내외 온도차가 큰 여름이나 겨울철에 지열을 이용하여 냉난방을 실시할 수 있어 전기료를 대폭 절감시킬 수 있고,
둘째, 냉동기의 능률에 따른 성적계수(COP)를 증가시켜 냉난방의 효율을 극대화할 수 있으며,
셋째, 지중 열교환기가 지중 열원의 소모량에 따른 스트레스를 분석하여 최적의 지중 열교환율을 실현할 수 있고,
넷째, 복수개의 단위 포트들을 선택적으로 사용할 수 있도록 제어할 수 있어 비상 시에도 원활하게 지중 열교환기를 운영할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 냉난방 시스템을 개략적으로 나타내는 참고도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 지열을 이용한 냉난방 시스템의 제어유닛을 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 지열을 이용한 냉난방 시스템의 직렬모드에서 정방향으로 작동되는 상태를 도시하는 참고도이다.
도 4는 도 2에 나타낸 지열을 이용한 냉난방 시스템의 직렬모드에서 역방향으로 작동되는 상태를 도시하는 참고도이다.
도 5는 도 2에 나타낸 지열을 이용한 냉난방 시스템의 병렬모드에서 작동상태를 도시하는 참고도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 2에 나타낸 지열을 이용한 냉난방 시스템이 제어유닛을 일부 바이패스 시키는 상태를 도시하는 참고도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 냉난방 시스템(100)을 개략적으로 나타내는 참고도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 지열을 이용한 냉난방 시스템(100)의 제어유닛을 도시하는 사시도이며, 도 3은 도 2에 나타낸 지열을 이용한 냉난방 시스템(100)의 직렬모드에서 정방향으로 작동되는 상태를 도시하는 참고도이고, 도 4는 도 2에 나타낸 지열을 이용한 냉난방 시스템(100)의 직렬모드에서 역방향으로 작동되는 상태를 도시하는 참고도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 지열을 이용한 냉난방 시스템(100)은 지중에 매설되어 내부에서 유동하는 냉매를 지열과 열교환 시키는 복수개의 단위 포트(U)가 구비된 지중 열교환기(110)와, 상기 복수개의 단위 포트(U)를 직렬 또는 병렬로 연결하여 냉매의 흐름을 제어하는 제어유닛(120)과, 상기 제어유닛(120)과 실내기(10) 사이에 마련되어 상기 실내기(10)에 고온 또는 저온의 공기를 공급시키는 히트펌프(130)를 포함한다.
상기 단위 포트(U)들은 지중에 설정 간격으로 이격되어 시추된 천공부분(미도시)에 삽입되고, 각각 일 측에 냉매가 유입되는 입구(117)가 형성되고, 타 측에 냉매가 배출되는 출구(118)가 형성된다. 이때 상기 입구(117)와 출구(118)는 각각 상기 제어유닛(120)과 연결되며, 상기 제어유닛(120)에 의해 상기 입구(117)와 출구(118)의 개폐가 제어된다. 따라서 상기 입구(117)와 출구(118)의 제어방향이 변경됨에 따른 상기 입구와 출구의 기능은 각각 변경될 수도 있다.
상기 제어유닛(120)은 일 단부가 상기 히트펌프(130)와 연결되고, 상기 단위 포트(U)들의 각 입구(117)들을 연결하는 제1유로(121)와, 일 단부가 상기 제1유로(121)의 타 단부와 연결되고, 상기 단위 포트(U)들의 각 출구(118)들과 타 단부가 상기 히트펌프(130)와 연결되는 제2유로(122)와, 상기 제1유로(121)의 타 단부와 상기 제2유로(122)의 일 단부 사이에서 연장되어 상기 히트펌프(130)와 연결되는 제3유로(123)를 포함한다.
그리고 상기 제1유로(121) 상에 마련되어 상기 단위 포트(U)들의 각 입구(117)들을 개폐하거나 또는 상기 제1유로(121)의 일부분을 개폐하는 제1밸브(121a)들과, 상기 제2유로(122) 상에 마련되어 상기 단위 포트(U)들의 각 출구(118)들을 개폐하거나 또는 상기 제2유로(122)의 일부분을 개폐하는 제2밸브(122a)들과, 상기 제1유로(121)의 타 단부와 상기 제2유로(122)의 일 단부 사이에서 상기 제3유로(123)와 만나는 부분에 마련되어 상기 제3유로(123)의 개폐하는 제3밸브(123a)를 포함한다.
그러면 상기 제1유로(121) 내지 제3유로(123) 내에서 유동하는 냉매가 상기 제1밸브(121a)들과 제2밸브(122a)들 및 제3밸브(123a)의 개폐작동에 따라서 복수개의 상기 단위 포트(U)를 직렬모드 또는 병렬모드로 거치면서 지열과 열 교환하게 된다.
이때 상기 제어유닛(120)은 상기 단위 포트(U)들의 각 입구(117)들로 유입된 냉매가 각 출구(118)들로 배출되면서 발생되는 온도차를 감지하는 온도센서(124)를 포함한다. 상기 온도센서(124)는 상기 단위 포트(U)들의 각 입구(117) 측과 출구(118) 측에 인접하여 각각 마련되고, 또한 출구(118) 측과 지열의 온도를 측정할 수 있도록 지중에 마련될 수도 있다. 또한 상기 단위 포트(U)들의 내부를 유동하는 냉매의 온도변화를 감지할 수 있는 어느 위치에도 상기 온도센서가 구비될 수 있다.
또한 지중의 열 교환 스트레스 정도에 대응하여 냉매가 상기 제1유로(121) 내지 제3유로(123) 사이에서 정방향 또는 역방향으로 유동할 수 있도록 제어할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 제어유닛(120)은 직렬모드 작동상태로 운전되고 있다. 이하에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 단위 포트(U)들이 제1포트(111) 내지 제6포트(116)로 구성된 것을 일 예로써 설명한다. 상기 제1포트(111) 내지 제6포트(116)는 냉매의 흐름을 나타내기 위한 구성으로 상기 단위 포트(U)들의 개수는 열 교환 규모에 따라서 변경될 수 있음은 물론이다.
상기 제1유로(121)는 상기 히트펌프(130)로부터 배출되는 냉매를 공급받아 상기 제1포트(111)의 입구(117) 측에 공급하고, 다시 상기 제1포트(111)의 출구(118) 측으로 배출된 냉매는 상기 제2유로(122)를 통하여 상기 제2포트(112)의 출구(118) 측으로 유입되며, 또한 상기 제2포트(112)의 입구(117) 측으로 배출된 냉매는 상기 제1유로(121)를 통하여 상기 제3포트(113)의 입구(117) 측으로 유입된다. 이와 같은 방식으로 각 포트들의 입구(117) 측과 출구(118) 측을 각각 유동하며 순차적으로 모든 포트들을 순환한 후 상기 제3유로(123)를 통하여 상기 히트펌프(130)로 열 교환된 냉매를 공급하게 된다.
그러면 상기 히트펌프(130)는 열 교환된 냉매를 통하여 냉난방에 필요한 보조 열원을 공급받게 된다.
또한 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 히트펌프(130)로부터 배출된 냉매를 상기 제3유로(123)를 통하여 상기 제6포트의 입구(117) 측으로 먼저 공급하여, 도 3에 도시된 냉매의 흐름 방향과 역방향으로 순차적으로 냉매를 공급하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
예컨대 상기 제1포트(111)로부터 제6포트(116) 방향으로 냉매를 순환시키게 되면, 초기 열 교환이 많이 일어나는 상기 제1포트(111)는 상대적으로 상기 제6포트(116)에 비하여 많은 스트레스를 받게 된다. 반대로 상기 제1포트(111) 주변의 지열의 온도차가 감소하게 되면, 상기 제6포트(116)로부터 제1포트(111) 방향으로 냉매를 순환시켜 상기 제1포트(111)의 스트레스를 감소시키고, 또한 보다 빠른 열 교환을 하는데 효율적으로 운전할 수 있다.
도 5는 도 2에 나타낸 지열을 이용한 냉난방 시스템(100)의 병렬모드에서 작동상태를 도시하는 참고도이다.
도 5를 참조하면, 상기 제어유닛(120)은 병렬모드 작동상태로 운전되고 있다. 상기 제1유로(121)는 상기 히트펌프(130)로부터 배출되는 냉매를 공급받아 상기 제1포트(111) 내지 제5포트(115)의 입구(117) 측으로 공급하고, 각각 상기 단위 포트(U)의 입구(117) 측으로 유입된 냉매는 출구(118) 측으로 이동하면서 지중에서 열 교환이 이루어진다. 열 교환된 냉매는 각각 상기 출구(118) 측으로 배출되면서 상기 제2유로(122) 상에 포집되고, 상기 제2유로(122)는 다시 상기 히트펌프(130)로 열 교환된 냉매를 공급하게 된다.
그러면 상기 히트펌프(130)는 열 교환된 냉매를 통하여 냉난방에 필요한 보조 열원을 공급받게 된다.
또한 도면에 도시하지는 않았지만, 병렬모드로 작동되는 상태에서도 냉매의 정방향 또는 역방향으로 선택적으로 제어할 수 있음은 물론이다. 이는 상기 히트펌프(130)로부터 배출되는 냉매를 상기 제2유로(122)를 통하여 각 포트들의 출구 측으로 냉매를 먼저 유입시키면 용이하게 구현할 수 있어 중복 설명은 생략한다.
도 6a 및 도 6b는 도 2에 나타낸 지열을 이용한 냉난방 시스템(100)이 제어유닛(120)을 일부 바이패스 시키는 상태를 도시하는 참고도이다.
도 6a를 참조하면, 도 6a는 직렬모드에서 작동상태를 도시하고 있지만 중간 부분에 상기 제3포트(113)에서는 열 교환이 이루어지지 않고, 상기 제2포트(112)에서 제4포트(114)로 냉매가 유동하고 있다.
이는 예컨대 상기 제3포트(113)의 운전 상태에 문제가 생겼거나, 또는 상기 제3포트(113)가 열 교환에 따른 스트레스가 극심한 경우, 또는 지열과 열 교환양이 충분한 상태이기 때문에 일부 포트로만 열 교환이 이루어지는 경우에 상기 단위 포트(U) 중 일부를 선택적으로 운전할 수 있다.
그리고 도 6b를 참조하면, 도 6b는 병렬모드에서 작동상태를 도시하고 있지만 중간 부분에 상기 제3포트(113)에서는 열 교환이 이루어지지 않고, 상기 제2포트(112)에서 제4포트(114)로 냉매를 바이패스 시키고 있다.
이 또한 전기한 직렬모드 작동상태와 마찬가지로 기 제3포트(113)의 운전 상태에 문제가 생겼거나, 또는 상기 제3포트(113)가 열 교환에 따른 스트레스가 극심한 경우, 또는 지열과 열 교환양이 충분한 상태이기 때문에 일부 포트로만 열 교환이 이루어지도록 하는 경우에 상기 단위 포트(U) 중 일부를 선택적으로 운전할 수 있다.
따라서 상기 단위 포트(U)들 중 일부를 선택적으로 운영할 수 있어 각각의 상기 단위 포트(U)들의 스트레스를 고려하여 최적의 열 교환 성능을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한 상기 단위 포트(U)들을 선택적으로 사용하거나, 냉매의 유동 방향을 제어하는 기능 이외에도 상기 제어유닛(120)은 상기 온도센서(124)로부터 제공되는 냉매의 온도정보를 이용하여 상기 제1유로(121) 내지 제3유로(123) 상에서 냉매의 유동속도를 변경할 수 있도록 제어한다.
이는 상기 단위 포트(U)들 내부에서 유동하는 냉매의 유속을 증가시켜 각각의 상기 단위 포트(U)들이 받는 스트레스는 증가하지만 열 교환율이 증가하는 효과를 기대할 수 있다. 따라서 단기간에 빠른 열 교환을 요구하는 경우, 냉매의 유속을 증가시켜 열 교환율을 증가시킬 수도 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 지열을 이용한 냉난방 시스템
110 : 지중 열교환기 120 : 제어유닛
121 : 제1유로 121a : 제1밸브
122 : 제2유로 122a : 제2밸브
123 : 제3유로 123a : 제3밸브
124 : 온도센서 130 : 히트펌프
U : 단위 포트 10 : 실내기

Claims (10)

  1. 지중에 매설되어 냉매를 지열과 열 교환시킬 수 있도록 일 측에 냉매가 유입되는 입구가 형성되고, 타 측에 냉매가 배출되는 출구가 형성되어 내부에 냉매가 유동하는 복수개의 단위 포트를 구비하는 지중 열교환기;
    상기 단위 포트를 직렬 또는 병렬 중 선택된 하나의 모드로 연결되도록 냉매의 흐름을 제어하는 제어유닛 및
    상기 제어유닛과 연결되어 상기 지중 열교환기로부터 지열에 의해 열 교환된 냉매를 상기 제어유닛으로부터 공급받아 실내공간에 마련된 실내기에 고온 또는 저온의 공기를 공급시키는 히트펌프;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어유닛은,
    일 단부가 상기 히트펌프와 연결되고, 상기 단위 포트들의 각 입구들을 연결하는 제1유로와,
    일 단부가 상기 제1유로의 타 단부와 연결되고, 상기 단위 포트들의 각 출구들과 타 단부가 상기 히트펌프와 연결되는 제2유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1유로와 상기 단위 포트들의 각 입구들 사이에 마련되는 복수개의 제1밸브들 및 상기 제2유로와 상기 단위 포트들의 각 출구들 사이에 마련되는 복수개의 제2밸브들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1유로의 타 단부와 상기 제2유로의 일 단부 사이에서 연장되어 상기 히트펌프와 연결되는 제3유로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1유로의 타 단부와 상기 제2유로의 일 단부 사이에서 상기 제3유로와 만나는 부분에 마련되는 제3밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어유닛은,
    상기 단위 포트들의 각 입구들로 유입된 냉매가 각 출구들로 배출되면서 발생되는 온도차를 감지하는 온도센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어유닛은,
    상기 온도센서로부터 제공되는 냉매의 온도정보를 이용하여 상기 제1유로 내지 제3유로 상에서 냉매의 출입방향을 변경할 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어유닛은,
    상기 온도센서로부터 제공되는 냉매의 온도정보를 이용하여 상기 제1유로 내지 제3유로 상에서 냉매의 유동경로를 변경할 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어유닛은,
    상기 온도센서로부터 제공되는 냉매의 온도정보를 이용하여 상기 제1유로 내지 제3유로 상에서 냉매의 유동속도를 변경할 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어유닛은,
    상기 단위 포트들 중 하나 또는 복수개를 선택적으로 사용할 수 있도록 상기 제1유로 내지 제3유로 상에서 각각 상기 제1밸브 내지 제3밸브를 개폐하여 상기 단위 포트 중 일부를 바이패스 하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003021360A (ja) * 2001-07-05 2003-01-24 Ground System Corp 土壌熱を利用した空調システム及び土壌内熱交換装置
JP2011149640A (ja) * 2010-01-22 2011-08-04 Asahi Kasei Homes Co 地熱利用システム
US20120318491A1 (en) * 2011-06-20 2012-12-20 Melink Corporation Ground loop bypass for ground source heating or cooling
KR101338264B1 (ko) * 2013-08-23 2013-12-09 주식회사 에너솔라 지열을 이용한 3존 하이브리드 냉난방 시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003021360A (ja) * 2001-07-05 2003-01-24 Ground System Corp 土壌熱を利用した空調システム及び土壌内熱交換装置
JP2011149640A (ja) * 2010-01-22 2011-08-04 Asahi Kasei Homes Co 地熱利用システム
US20120318491A1 (en) * 2011-06-20 2012-12-20 Melink Corporation Ground loop bypass for ground source heating or cooling
KR101338264B1 (ko) * 2013-08-23 2013-12-09 주식회사 에너솔라 지열을 이용한 3존 하이브리드 냉난방 시스템

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114585240A (zh) * 2022-04-02 2022-06-03 北京有竹居网络技术有限公司 数据中心废热利用系统
CN114585240B (zh) * 2022-04-02 2023-09-22 北京有竹居网络技术有限公司 数据中心废热利用系统
WO2023185961A1 (zh) * 2022-04-02 2023-10-05 北京有竹居网络技术有限公司 数据中心废热利用系统

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