KR101415972B1

KR101415972B1 - 급탕가열장치

Info

Publication number: KR101415972B1
Application number: KR1020140049528A
Authority: KR
Inventors: 이범근
Original assignee: 주식회사 에너지컨설팅
Priority date: 2014-04-24
Filing date: 2014-04-24
Publication date: 2014-07-11
Anticipated expiration: 2034-04-24

Abstract

본 발명은 급탕가열장치에 관한 것으로서, 지열 히프펌프장치를 냉방으로 가동시 열교환기를 통과하여 발생하는 지중순환수의 상승을 단순히 지중에 냉각시켜서 재사용하는 종래기술의 단점을 보완하여 버려지는 열원을 기계실의 급탕탱크로 연결하여 재사용함으로 폐열회수를 극대화함과 동시에 높은 순환펌프의 양정을 기계실에서 순환시킴으로서 순환펌프의 양정을 최소화 할 수 있도록 함을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 급탕가열장치는, 공급처에 냉방 또는 난방을 공급하는 버퍼탱크, 상기 버퍼탱크와 연결되고, 지열의 열원을 이용하여 상기 버퍼탱크에 온열 에너지 또는 냉열 에너지를 공급하며, 상기 버퍼탱크의 작동시 발생되는 폐열원을 고온으로 응축시키는 지열히트펌프장치, 상기 지열히트펌프장치와 연결되며 상기 지열히트펌프장치에 의해 응축된 열원을 임시로 저장하는 제1축열부, 상기 지열히트펌프장치와 연결되고 상기 지열히트펌프장치에서 응축된 열원을 임시로 저장하는 제2축열부를 포함하며,
상기 지열히트펌프장치와 제1축열부, 상기 지열히트펌프장치와 제2축열부, 상기 제1축열부와 제2축열부는 열원순환부를 통해 연결되어, 상기 열원은 상기 열원순환부를 통해 상기 지열히트펌프장치와 제1축열부 및 제2축열부를 반복적으로 순환하면서 고온으로 가열되고, 상기 제1축열부, 제2축열부는 열원공급부를 통해 급탕탱크와 연결되어, 상기 고온으로 가열된 열원은 상기 열원공급부를 통해 급탕탱크에 공급한다.

Description

급탕가열장치{device for hot water supply heater}

본 발명은 지열냉난방을 사용함에 있어 열원측에 발생하는 폐열을 재활용 할 수 있는 급탕가열장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 여름철 냉방으로 발생하는 고온의 폐열을 급탕에 공급함과 동시에 옥내 또는 옥외에 설치된 기계실 내부의 급탕탱크로 순환펌프 가동을 유도하여 옥외 지중으로 돌아오는 펌프의 양정이 줄어들 수 있도록 하여 소비전력과 급탕에 소요되는 에너지를 현저히 낮추는 한편, 난방시에는 기계실 축열부 및 배관내 유량을 적정온도 이하로 감소되기 전까지 지열히트펌프를 가동함으로 순환펌프의 양정을 최소화하여 소비전력을 최소화할 수 있도록 한 급탕가열장치에 관한 것이다.

일반적으로 지열을 이용한 냉난방 시스템은 지열원 루프를 통과하는 유체가 히트펌프압축기와 연결된 열교환기를 통과하며 열교환을 이루고 히트펌프 압축기는 열교환된 열에너지를 사용처로 공급한다. 이 과정에서 지중루프는 건물외부로 나가 지하를150~200m를 돌아오기 때문에 기계실에서 시작된 배관 속 열교환 유체는 건물외부를 나가 지중루프를 타고 지열히트펌프로 돌아오는데 그 길이가 길어지는 만큼 순환펌프의 양정이 높아지는 문제점이 있다.

등록특허공보 제10-0557460호(2006.02.24) 등록특허공보 제10-0786116호(2007.12.10)

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 지열 히프펌프장치를 냉방으로 가동시 열교환기를 통과하여 발생하는 지중순환수의 상승을 단순히 지중에 냉각시켜서 재사용하는 종래기술의 단점을 보완하여 버려지는 열원을 기계실의 급탕탱크로 연결하여 재사용함으로 폐열회수를 극대화함과 동시에 높은 순환펌프의 양정을 기계실에서 순환시킴으로서 순환펌프의 양정을 최소화 할 수 있도록 한 급탕가열장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 급탕가열장치는, 공급처에 냉방 또는 난방을 공급하는 버퍼탱크, 상기 버퍼탱크와 연결되고, 지열의 열원을 이용하여 상기 버퍼탱크에 온열 에너지 또는 냉열 에너지를 공급하며, 상기 버퍼탱크의 작동시 발생되는 폐열원을 고온으로 응축시키는 지열히트펌프장치, 상기 지열히트펌프장치와 연결되며 상기 지열히트펌프장치에 의해 응축된 열원을 임시로 저장하는 제1축열부, 상기 지열히트펌프장치와 연결되고 상기 지열히트펌프장치에서 응축된 열원을 임시로 저장하는 제2축열부

를 포함하며,

상기 지열히트펌프장치와 제1축열부, 상기 지열히트펌프장치와 제2축열부, 상기 제1축열부와 제2축열부는 열원순환부를 통해 연결되어, 상기 열원은 상기 열원순환부를 통해 상기 지열히트펌프장치와 제1축열부 및 제2축열부를 반복적으로 순환하면서 고온으로 가열되고,

상기 제1축열부, 제2축열부는 열원공급부를 통해 급탕탱크와 연결되어, 상기 고온으로 가열된 열원은 상기 열원공급부를 통해 급탕탱크에 공급된다.

그리고, 지중에 매설되고 상기 제1축열부 및 제2축열부와 연결되며, 상기 지열히트펌프장치에 지열원을 공급하는 지열원공급부,

상기 지열원공급부에 설치되는 제1밸브,

상기 제1축열부와 제2축열부를 연결하는 열원순환부에 설치되는 제2밸브,

상기 제1밸브, 제2밸브와 전기적으로 연결되는 제어부를 포함하고,

상기 제어부는,

상기 제1축열부와 제2축열부의 축열온도가 기 설정된 온도보다 높거나 낮을 경우 상기 제1밸브가 개방되도록 하고 제2밸브는 잠기도록 하여 상기 지열원과 열원이 혼합되어 순환되도록 하고,

상기 제1축열부와 제2축열부의 축열온도가 기 설정된 온도로 상승될 경우 상기 제1밸브가 잠기도록 하고 상기 제2밸브는 개방되도록 하여 상기 열원순환부를 순환하는 열원이 상기 급탕탱크에 공급되도록 하거나, 또는 상기 지열히트펌프장치가 열원순환부를 순환하는 열원을 통해 상기 버퍼탱크를 작동시키도록 한다.

본 발명에 따른 급탕가열장치는, 지열히트펌프장치의 응축기를 통과하여 지중으로 버려지는 순환수의 열원을 급탕탱크에 공급함으로서 지열히트펌프장치의 냉방 또는 난방과 동시에 급탕을 추가로 실행할 수 있어 에너지 절약에 효과적인 방법이며, 또한 순환펌프의 양정을 지중루프의 순환에서 기계실 배관회로로 순환되도록 할 수 있어 소비전력을 현저히 줄일 수 있는 효과가 있다.

그리고, 급탕탱크에 열원을 공급하지 않거나 난방용으로 사용함에 있어서, 열원순환부를 순환하는 순환수의 온도가 적정온도 이상 올라가거나 떨어지지 않는다면 열원순환부의 유량으로 지열히트펌프장치를 가동시키다가 열원순환부의 유량의 온도가 적정온도 이상 상승하거나 떨어질 경우 지중루프로 순환수를 순환하여 배관내 온도를 지중온도와 같은 온도로 열교환 시킨다. 이 후, 열원순환부의 순환수의 온도가 지중온도와 동일한 온도가 되면 지열원공급부가 잠기게 되어 순환수가 열원순환부에서 반복적으로 순환할 수 있도록 하여 순환펌프의 양정을 줄여 소비전력을 낮게 유지할 수 있는 효과가 있다.

도1은 본 발명에 따른 급탕가열장치에서 기본 운전시 흐름을 나타내는 도.
도2는 본 발명에 따른 급탕가열장치에서 폐열의 순환 및 폐열이 급탕탱크에 공급되는 흐름을 나타내는 도.
도3은 본 발명에 따른 급탕가열장치에서 냉난방 저 양정 펌프 운전시 흐름을 나타내는 도.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

도1은 본 발명에 따른 급탕가열장치에서 기본 운전시 흐름을 나타내는 도이고, 도2는 본 발명에 따른 급탕가열장치에서 폐열의 순환 및 폐열이 급탕탱크에 공급되는 흐름을 나타내는 도이며, 도3은 본 발명에 따른 급탕가열장치에서 냉난방 저 양정 펌프 운전시 흐름을 나타내는 도이다.

도1 내지 도3을 참고하면, 본 발명에 따른 급탕가열장치(1)는 버퍼탱크(10)와 지열히트펌프장치(20)와 제1축열부(30)와 제2축열부(40)를 포함한다.

먼저, 상기 버퍼탱크(10)는 옥내의 기계실(미도시) 내부에 설치될 수 있으며, 옥내의 천정에 설치되며 냉방과 난방의 기능을 동시에 갖는 냉,난방장치와 연결되어 옥내에 냉방 또는 난방을 공급할 수 있다.

상기 지열히트펌프장치(20)는 상기 기계실에 설치될 수 있으며, 연결관(130)을 통해 상기 버퍼탱크(10)와 연결된다.

상기 지열히트펌프장치(20)는 후술되는 지열원공급부(80)와 연결되며, 상기 지열원을 공급받아 자체 내장되는 제1열교환기(21)와 제2열교환기(22)를 통해 열교환한 다음 상기 버퍼탱크(10)에 온열 에너지 또는 냉열 에너지를 공급하고, 상기 버퍼탱크(10)는 상기 지열히트펌프장치(20)로부터 공급되는 에너지를 통해 가동되어 공급처인 옥내에 냉방 또는 난방을 공급하게 된다.

이때, 상기 버퍼탱크(10)는 작동시 폐열원이 발생되는데, 상기 폐열원은 상기 연결관(130)을 통해 상기 지열히트펌프장치(20)로 회수되고, 상기 지열히트펌프장치(20)는 자체 내장된 제1열교환기(21)를 통해 상기 폐열원을 고온으로 응축시킨다.

상기 제1축열부(30)는 상기 지열히트펌프장치(20)에 의해 응축된 열원을 임시로 저장하는 것으로, 상기 기계실에 설치될 수 있으며, 후술되는 열원순환부(50)를 통해 상기 지열히트펌프장치(20)와 연결된다.

상기 제2축열부(40)는 상기 제1축열부(30)와 동일하게 상기 지열히트펌프장치(20)에 의해 응축된 열원을 임시로 저장하는 것으로, 상기 기계실에 설치될 수 있으며, 후술되는 열원순환부(50)를 통해 상기 지열히트펌프장치(20)와 연결된다.

이상 설명한 상기 지열히트펌프장치(20)와 제1축열부(30), 상기 지열히트펌프장치(20)와 제2축열부(40), 상기 제1축열부(30)와 제2축열부(40)는 열원순환부(50)를 통해 연결된다.

여기서, 상기 열원순환부(50)는 배관과 동일한 구조로 형성될 수 있다.

상기한 열원순환부(50)로 인해 상기 응축된 열원은 상기 지열히트펌프장치(20)의 제1열교환기(21)와 제1축열부(30) 및 제2축열부(40)를 반복적으로 순환하면서 고온으로 가열된다.

이때, 상기 지열히트펌프장치(20)와 제2축열부(40)를 연결하기 위한 열원순환부(50)는 상기 열원을 반복적으로 순환시킬 수 있도록 하기 위한 순환펌프(140)와 연결될 수 있다.

그리고, 상기 제1축열부(30)와 상기 제2축열부(40)의 내부에는 온도감지센서(미도시)가 설치되어 후술되는 제어부(120)와의 상호작용을 통해 상기 열원을 선택적으로 이송시키게 된다. 상기 열원의 이송방법은 아래에서 자세히 설명하기로 한다.

한편, 상기 제1축열부(30) 및 제2축열부(40)는 지열원공급부(80)와 연결된다.

구체적으로 상기 지열원공급부(80)는 지중에 매설되며 상기 제1축열부(30)와 연결되는 유입관(81)과, 상기 유입관(81)과 제2축열부(40)에 연결되는 유출관(82)을 포함한다.

도1에 도시된 바와 같이, 상기 지열히트펌프장치(20)를 작동시키면, 상기 지열원공급부(80)의 지열원은 유출관(82)을 통해 상기 제2축열부(40)와 후술되는 열원순환부(50)를 순차적으로 거쳐 상기 지열히트펌프장치(20)로 이동되고, 상기 이동된 지열원은 상기 지열히트펌프장치(20)의 열교환기에서 열교환 된 다음 버퍼탱크(10)에 공급된다. 그리고 상기 버퍼탱크(10)는 공급처인 냉,난방장치에 냉방 또는 난방을 공급한다.

또한, 상기 제1축열부(30), 제2축열부(40)는 열원공급부(70)를 통해 급탕탱크(60)와 연결되어, 상기 고온으로 가열된 열원은 상기 급탕탱크(60)에 공급된다.

이때, 상기 급탕탱크(60)에 공급된 열원은 상기 급탕탱크(60)에 내장된 제3열교환기(61)를 통해 열교환 되어 급탕탱크(60)의 온수를 상승시킨다.

이때, 상기 열원공급부(70)는 배관과 동일한 구조로 형성될 수 있다. 또한, 상기 급탕탱크(60)와 제1축열부(30)를 연결하기 위한 열원공급부(70)는 상기 순환되는 열원을 급탕탱크(60)에 공급할 수 있도록 하기 위한 순환펌프(150)와 연결될 수 있다.

이상 설명한 지열원공급부(80)의 유입관(81)과 유출관(82)에는 각각 제1밸브(90)가 설치되고, 상기 제1축열부(30)와 제2축열부(40)를 연결하는 열원순환부(50)에는 제2밸브(100)가 설치되며, 상기 제2축열부(40)와 급탕탱크(60)를 연결하는 열원공급부(70)에는 제3밸브(110)가 설치된다. 그리고 상기 제1밸브(90), 제2밸브(100), 제3밸브(110)는 제어부(120)에 의해 작동이 제어된다.

이때, 상기 밸브(90,100,110)는 투웨이(two way)자동밸브로 적용될 수 있다.

이하에서는, 도1 내지 도3을 참고하여 상기와 같이 구성된 본원발명의 작용을 설명한다.

먼저, 도1에 도시된 바와 같이, 제어부(120)는 기 설정된 온도와 상기 온도감지센서로부터 전달되는 온도를 비교하여 제1축열부(30)와 제2축열부(40)의 축열온도가 기 설정된 온도보다 높거나 낮을 경우 상기 제1밸브(90)가 개방되도록 하고 제2밸브(100)는 잠기도록 하여 상기 지열히트펌프장치(20)와 제1축열부(30)와 제2축열부(40)를 순환하고 있던 열원이 지열원공급부(80)와 제2축열부(40)와 지열히트펌프장치(20)와 제1축열부(30)를 순환하도록 하여 상기 열원이 지열원과 동일한 온도로 열교환되도록 한다.

한편, 도2에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(120)는 기 설정된 온도와 상기 온도감지센서로부터 전달되는 온도를 비교하여 제1축열부(30)와 제2축열부(40)의 온도가 기 설정된 온도로 상승될 경우 상기 제1밸브(90)가 잠기도록 하고 상기 제2밸브(100)와 제3밸브(110)는 개방되도록 한다. 이렇게 되면 상기 열원순환부(50)를 통해 지열히트펌프장치(20)와 제1축열부(30)와 제2축열부(40)를 순환하는 열원이 상기 열원공급부(70)를 통해 상기 급탕탱크(60)에 공급된다.

한편, 도3에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(120)는 기 설정된 온도와 상기 온도감지센서로부터 전달되는 온도를 비교하여 제1축열부(30)와 제2축열부(40)의 온도가 기 설정된 온도로 상승될 경우 상기 제1밸브(90)가 잠기도록 하고 상기 제2밸브(100)는 개방되도록 한다. 이렇게 되면 지열히트펌프장치(20)는 상기 열원순환부(50)를 통해 제1축열부(30)와 제2축열부(40)를 순환하는 열원을 통해 상기 버퍼탱크(10)에 온열 에너지 또는 냉열 에너지를 공급하게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10 : 버퍼탱크 20 : 지열히트펌프장치
21 : 제1열교환기 22 : 제2열교환기
30 : 제1축열부 40 : 제2축열부
50 : 열원순환부 60 : 급탕탱크
61 : 제3열교환기 70 : 열원공급부
80 : 지열원공급부 81 : 유입관
82 : 유출관 90 : 제1밸브
100 : 제2밸브 110 : 제3밸브
120 : 제어부 130 : 연결관
140,150 : 순환펌프

Claims

공급처에 냉방 또는 난방을 공급하는 버퍼탱크,
상기 버퍼탱크와 연결되고, 지열의 열원을 이용하여 상기 버퍼탱크에 온열 에너지 또는 냉열 에너지를 공급하며, 상기 버퍼탱크의 작동시 발생되는 폐열원을 고온으로 응축시키는 지열히트펌프장치,
상기 지열히트펌프장치와 연결되며 상기 지열히트펌프장치에 의해 응축된 열원을 임시로 저장하는 제1축열부,
상기 지열히트펌프장치와 연결되고 상기 지열히트펌프장치에서 응축된 열원을 임시로 저장하는 제2축열부를 포함하며,
상기 지열히트펌프장치와 제1축열부, 상기 지열히트펌프장치와 제2축열부, 상기 제1축열부와 제2축열부는 열원순환부를 통해 연결되어, 상기 열원은 상기 열원순환부를 통해 상기 지열히트펌프장치와 제1축열부 및 제2축열부를 반복적으로 순환하면서 고온으로 가열되고,
상기 제1축열부, 제2축열부는 열원공급부를 통해 급탕탱크와 연결되어, 상기 고온으로 가열된 열원은 상기 열원공급부를 통해 급탕탱크에 공급되는
급탕가열장치.
제1항에서,
지중에 매설되고 상기 제1축열부 및 제2축열부와 연결되며, 상기 지열히트펌프장치에 지열원을 공급하는 지열원공급부,
상기 지열원공급부에 설치되는 제1밸브,
상기 제1축열부와 제2축열부를 연결하는 열원순환부에 설치되는 제2밸브,
상기 제1밸브, 제2밸브와 전기적으로 연결되는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 제1축열부와 제2축열부의 축열온도가 기 설정된 온도보다 높거나 낮을 경우 상기 제1밸브가 개방되도록 하고 제2밸브는 잠기도록 하여 상기 지열원과 열원이 혼합되어 순환되도록 하고,
상기 제1축열부와 제2축열부의 축열온도가 기 설정된 온도로 상승될 경우 상기 제1밸브가 잠기도록 하고 상기 제2밸브는 개방되도록 하여 상기 열원순환부를 순환하는 열원이 상기 급탕탱크에 공급되도록 하거나, 또는 상기 지열히트펌프장치가 열원순환부를 순환하는 열원을 통해 상기 버퍼탱크를 작동시키도록 하는
급탕가열장치.