KR101734996B1 - Heat pump system driven by gas engine - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지열, 태양광 에너지 및 온도차 에너지를 최대로 활용하여 에너지 활용도를 극대화하며, 이로 인해 전체적인 운전에 따른 유지 비용을 절감할 수 있도록 한 고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 가스엔진에 의해 구동되어 냉매를 압축하는 압축기, 유로를 전환하여 냉매의 유동방향을 전환하는 사방밸브, 냉매가 유동하며 대기와 열교환하는 실외기, 냉매가 유동하며 냉난방수와 열교환하는 제1 열교환기, 냉매가 유동하며 엔진냉각수와 열교환하는 제2 열교환기, 냉매가 유동하며 지중순환수와 열교환하는 제3 열교환기, 제1 열교환기로부터 유입되는 냉매를 교축작용을 통해 감압시키는 제1 팽창밸브, 실외기 또는 제1 열교환기로부터 유입되는 냉매를 교축작용을 통해 감압시키는 제2 팽창밸브, 실외기 또는 제3 열교환기로부터 유입되는 냉매를 교축작용을 통해 감압시키는 제3 팽창밸브 및 제1 열교환기로부터 유입되는 냉매를 교축작용을 통해 감압시키는 제4 팽창밸브를 포함하여 이루어지는 히트펌프; 냉난방수 라인; 엔진냉각수 라인; 지중순환수 라인; 지중수 분기라인, 태양광 발전 모듈 및 온도차 발전기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a high-efficiency gas engine type heat pump system that maximizes energy utilization by maximizing geothermal, solar energy, and temperature difference energy, thereby reducing the maintenance cost associated with the overall operation. A four-way valve for switching the flow direction of the refrigerant by switching the flow path, an outdoor unit for exchanging heat with the air flowing in the refrigerant, a first heat exchanger for exchanging heat with the cooling / A first expansion valve for reducing the pressure of the refrigerant flowing from the first heat exchanger through the throttling action, a second expansion valve for cooling the refrigerant flowing through the outdoor unit or the first expansion unit, A second expansion valve for reducing the pressure of the refrigerant flowing from the heat exchanger through the throttling action, an outdoor unit or a third heat exchanger Heat pump comprising a fourth expansion valve, the refrigerant flowing into the refrigerant flowing from the third expansion valve and the first heat exchanger to a reduced pressure through the throttle action of reduced pressure through the throttle action; Heating / cooling water line; Engine coolant line; Underground circulation water line; An underground water branch line, a solar power generation module, and a temperature difference generator.
Description
본 발명은 고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 대체에너지와 가스엔진식 히트펌프를 이용하여 냉난방 등을 위한 냉온수를 효율적으로 생산할 수 있도록 한 고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a high efficiency gas engine type heat pump system, and more particularly, to a high efficiency gas engine type heat pump system capable of efficiently producing cold and hot water for cooling and heating using alternative energy and a gas engine type heat pump .
일반적으로 가스엔진식 히트펌프는 압축기가 가스엔진에 의해 구동되는 히트펌프이다.Generally, a gas engine type heat pump is a heat pump in which a compressor is driven by a gas engine.
이러한 가스엔진식 히트펌프 기술로는 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1170712호(2012.8.2.공고)가 있으며, 이 종래기술은 지열을 이용한 회로를 구성하여 냉난방성능의 상승은 물론, 급탕 보일러에 적용할 때에 급탕 효율이 상승하도록 하여 에너지 효율성을 극대화시키기 위한 지열을 이용한 가스엔진 히트펌프 냉난방 시스템에 관한 것으로서, 지열을 이용함으로써 냉난방성능의 효율성을 높인데 특징이 있다.As a gas engine type heat pump technology, there is a Korean Registered Patent Publication No. 10-1170712 (published on Aug. 2, 2012), and this prior art technology uses a geothermal circuit to increase the cooling and heating performance, The present invention relates to a gas engine heat pump heating / cooling system using geothermal heat to maximize energy efficiency by increasing the hot water supply efficiency when applied to a gas engine, and is characterized in that the efficiency of cooling / heating performance is improved by utilizing geothermal heat.
그러나 이 종래기술은 냉난방성능의 효율성을 높이기 위한 시도는 보이나, 가스엔진 구동이라는 가스엔진식 히트펌프 특성에 맞추어 가스엔진 운전상태를 최적화시키기에는 다소 미흡한 문제점이 있으며, 이로 인해 에너지의 활용도가 낮은 문제점이 있었다.However, this prior art attempts to improve the efficiency of the cooling and heating performance, but there is a problem that it is somewhat insufficient to optimize the operation state of the gas engine in accordance with the characteristic of the gas engine type heat pump which is the gas engine driving, .
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 지열, 태양광 에너지를 최대로 활용하여 에너지 활용도를 극대화하며, 이로 인해 전체적인 운전에 따른 유지 비용을 절감할 수 있도록 한 고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a high-efficiency gas engine which can maximize energy utilization by utilizing the geothermal and solar energy to the utmost, It is an object of the present invention to provide a heat pump system.
상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 수단으로, 본 발명인 고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템은,As a means for solving the above problems, the high efficiency gas engine type heat pump system of the present invention comprises:
가스엔진에 의해 구동되어 냉매를 압축하는 압축기,A compressor driven by the gas engine to compress the refrigerant,
유로를 전환하여 냉매의 유동방향을 전환하는 사방밸브,A four-way valve for switching the direction of flow of the refrigerant by switching the flow path,
냉매가 유동하며 대기와 열교환하는 실외기,An outdoor unit in which refrigerant flows and exchanges heat with the atmosphere,
냉매가 유동하며 냉난방수와 열교환하는 제1 열교환기,A first heat exchanger in which the refrigerant flows and exchanges heat with cooling /
냉매가 유동하며 엔진냉각수와 열교환하는 제2 열교환기,A second heat exchanger in which the refrigerant flows and exchanges heat with engine cooling water,
냉매가 유동하며 지중순환수와 열교환하는 제3 열교환기,A third heat exchanger in which the refrigerant flows and exchanges heat with the underground circulation water,
제1 열교환기로부터 유입되는 냉매를 교축작용을 통해 감압시키는 제1 팽창밸브,A first expansion valve for reducing the pressure of the refrigerant introduced from the first heat exchanger through the throttling action,
실외기 또는 제1 열교환기로부터 유입되는 냉매를 교축작용을 통해 감압시키는 제2 팽창밸브,A second expansion valve for reducing the pressure of the refrigerant introduced from the outdoor unit or the first heat exchanger through the throttling action,
실외기 또는 제3 열교환기로부터 유입되는 냉매를 교축작용을 통해 감압시키는 제3 팽창밸브 및A third expansion valve for reducing the pressure of the refrigerant introduced from the outdoor unit or the third heat exchanger through the throttling action,
제1 열교환기로부터 유입되는 냉매를 교축작용을 통해 감압시키는 제4 팽창밸브를 포함하여 이루어지는 히트펌프;And a fourth expansion valve for reducing the pressure of the refrigerant flowing from the first heat exchanger through the throttling action;
냉난방수를 강제순환시키는 냉난방수 순환펌프,Cooling / heating water circulation pump for forcedly circulating cooling / heating water,
냉수를 저장하는 냉수조,A cold water tank for storing cold water,
온수를 저장하는 온수조 및A hot water tank for storing hot water, and
제1 열교환기, 냉수조 및 온수조를 연결하는 배관이 각각 연결되고 제1 열교환기로부터 배출되는 냉난방수를 냉수조 또는 온수조로 선택적으로 유동시키는 제1 삼방밸브를 포함하여 이루어지는 냉난방수 라인;And a first three-way valve connected to the first heat exchanger, the cold water tank and the hot water tank, respectively, for selectively connecting the cooling / heating water discharged from the first heat exchanger to the cold water tank or the hot water tank;
냉각수를 강제순환시키는 냉각수 순환펌프를 포함하여 이루어지며, 가스엔진을 거치는 냉각수를 온수조 및 제1 열교환기를 선택적으로 순환시켜 열교환하도록 구성되는 엔진냉각수 라인; 및An engine cooling water line including a cooling water circulation pump for forcibly circulating the cooling water, the engine cooling water line being configured to selectively circulate the cooling water passing through the gas engine to the hot water tank and the first heat exchanger; And
지하에 매설되는 지중 열교환기 및Underground heat exchanger buried underground
지중순환수를 강제순환시키는 지중순환수 순환펌프를 포함하여 이루어지며,And an underground circulation water circulation pump for forcibly circulating the underground circulation water,
지중순환수가 지중 열교환기, 제3 열교환기 및 냉수조를 순환하는 지중순환수 라인을 포함하여 구성되되;An underground circulation water line through which the underground circulation water circulates between the underground heat exchanger, the third heat exchanger and the cold water tank;
온수생성시에는 압축기, 사방밸브, 제1 열교환기, 제1 팽창밸브, 실외기, 사방밸브, 압축기의 순서로 냉매가 순환하여 제1 열교환기에서 온수를 생성하는 제1 냉매순환계통과 압축기, 사방밸브, 제1 열교환기, 제4 팽창밸브, 제3 열교환기, 사방밸브, 압축기의 순서로 냉매가 순환하여 제1 열교환기에서 온수를 생성하는 제2 냉매순환계통을 선택적으로 사용하며,A first refrigerant circulation passage compressor for circulating a refrigerant in the order of a compressor, a four-way valve, a first heat exchanger, a first expansion valve, an outdoor unit, a four-way valve and a compressor to generate hot water in the first heat exchanger, The first heat exchanger, the fourth expansion valve, the third heat exchanger, the four-way valve, the compressor, and the second refrigerant circulation system which generates hot water in the first heat exchanger,
냉수생성시에는 압축기, 사방밸브, 실외기, 제3 팽창밸브, 제1 열교환기, 사방밸브, 압축기의 순서로 냉매가 순환하여 제1 열교환기에서 냉수를 생성하는 제3 냉매순환계통과, 압축기, 사방밸브, 제3 열교환기, 제3 팽창밸브, 제1 열교환기, 사방밸브, 압축기의 순서로 냉매가 순환하여 제1 열교환기에서 냉수를 생성하는 제4 냉매순환계통을 선택적으로 사용하며,A third refrigerant circulation path through which the refrigerant circulates in the order of the compressor, the four-way valve, the outdoor unit, the third expansion valve, the first heat exchanger, the four-way valve and the compressor in order of generating cold water in the first heat exchanger, A fourth refrigerant circulation system for circulating the refrigerant in the order of the valve, the third heat exchanger, the third expansion valve, the first heat exchanger, the four-way valve and the compressor to generate cold water in the first heat exchanger,
태양광 발전을 하는 태양광 전지와 상기 태양광 전지에서 생성된 전력을 저장하는 축전지로 이루어지는 태양광 발전 모듈,1. A photovoltaic power generation module comprising a photovoltaic cell for solar power generation and a battery for storing power generated by the photovoltaic cell,
상기 온수조 내에 설치되고 상기 축전지로부터 전기를 공급받아 상기 온수조 내 온수를 가열하는 가열기,A heater installed in the hot water tank and heating the hot water in the hot water tank by receiving electricity from the battery,
상기 태양광 발전 모듈의 태양광 전지 하면에 접하여 설치되는 태양광 전지용 열교환부,A heat exchanger for a solar battery installed in contact with the bottom surface of the solar cell of the solar cell module,
상기 지중순환수 라인에서 분기되어 상기 태양광 전지용 열교환부로 지중수가 순환되도록 연결되는 지중수 분기라인,An underground water branch line branched from the underground circulation water line and connected to circulate the underground water to the heat exchanger for the photovoltaic cell,
상기 태양광 전지용 열교환부 전후측의 지중수 분기라인에서 양단이 각각 연결되고 상기 온수조 내부에 설치되는 온수조 열교환부를 연결하는 온수조 연결라인,A hot water tank connection line connecting both ends of the ground water branch lines at the front and rear sides of the heat exchanging unit for the solar battery and connecting the hot water tank heat exchange unit installed in the hot water tank,
일단은 상기 온수조 연결라인에 연결되고 타단은 상기 지중수 분기라인에 연결되며 상기 냉수조 내부에 설치되는 냉수조 열교환부를 연결하는 냉수조 연결라인,A cold water tank connecting line, one end of which is connected to the hot water tank connecting line and the other end is connected to the sub water tank branch line and connects the cold water tank heat exchanger installed in the cold water tank,
상기 지중수 분기라인과 온수조 연결라인의 연결부에 설치되는 제5 삼방밸브,A fifth five-way valve installed at a connection portion between the ground water branch line and the hot water tank connection line,
상기 온수조 연결라인과 냉수조 연결라인의 연결부에 설치되는 제6 삼방밸브 및A sixth three-way valve installed at a connection between the hot water tank connection line and the cold water tank connection line,
상기 온수조 연결라인에 설치되는 태양광 전지 냉각용 순환수 펌프를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.And a circulating water pump for cooling the photovoltaic cell installed in the hot water tank connecting line.
또한, 상기 태양광 전지의 상면에 돌출되어 형성되어 광량을 검출하는 광센서,Further, an optical sensor protruding from the upper surface of the solar cell to detect the amount of light,
상기 축전지에 설치되어 충전량의 변화를 검출하는 충전량 변화 검출수단 및 A charged amount change detecting means provided in the battery and detecting a change in the charged amount;
상기 광센서 및 충전량 변화 검출수단으로부터 검출되는 광량과 충전량 변화 값을 통해 상기 제5 삼방밸브, 제6 삼방밸브 및 태양광 전지 냉각용 순환수 펌프를 제어하는 제어수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.And control means for controlling the fifth and sixth six-way valves and the circulating water pump for cooling the solar battery through the amount of light detected by the photosensor and the charged amount change detecting means and the charged amount change value .
또한, 상기 가스 엔진 배기부를 고열원으로 하고 상기 실외기를 저열원으로 하여 온도차 발전을 수행하는 온도차 발전기 및A temperature difference generator for performing temperature difference generation by using the gas engine exhaust as a high heat source and the outdoor unit as a low heat source;
상기 온도차 발전기에서 생성된 전기를 공급받아 상기 실외기를 가열하는 제상용 가열기를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.And an electric heater for heating the outdoor unit in response to the electric power generated by the temperature difference generator.
상기한 바와 같은 과제해결수단을 통해, 본 발명인 고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템은 지열 및 태양광 에너지를 활용함으로써 히트펌프 시스템 전체의 냉난방성능 향상 및 에너지 절감의 효과가 있으며, 또한 가스엔진의 운전상태를 최적의 상태로 유지할 수 있도록 하여 연료비 절감 및 가스엔진의 수명연장 등의 효과를 도모할 수 있다.Through the above-mentioned problem solving means, the high-efficiency gas engine type heat pump system according to the present invention utilizes the geothermal and solar energy, thereby improving the cooling and heating performance of the entire heat pump system and reducing energy, So that the fuel cost can be reduced and the life of the gas engine can be prolonged.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템과 그 작동원리를 간략히 도시한 배관도이다.1 to 4 are schematic views of a high efficiency gas engine type heat pump system and its operation principle according to the present invention.
본 발명에 따른 고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.A preferred embodiment of a high efficiency gas engine type heat pump system according to the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템과 그 작동원리를 간략히 도시한 배관도이다.1 to 4 are schematic views of a high efficiency gas engine type heat pump system and its operation principle according to the present invention.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템은 냉매가 상변화 및 열교환하며 순환하는 히트펌프, 냉난방수가 열교환하며 순환하는 냉난방수 라인, 가스엔진(10)의 엔진냉각수가 열교환하며 순환하는 엔진냉각수 라인 및 지중순환수가 열교환하며 순환하는 지중순환수 라인을 포함하여 구성된다.1 to 4, the high-efficiency gas engine type heat pump system according to the present invention includes a heat pump that circulates the refrigerant through phase change and heat exchange, a cooling / heating water line that circulates the heat of the cooling / And an underground circulation water line in which the engine cooling water line and the underground circulation water are heat-exchanged and circulated.
구체적으로, 상기 히트펌프는 가스엔진(10)에 의해 구동되어 냉매를 압축하는 압축기(11), 유로를 전환하여 냉매의 유동방향을 전환하는 사방밸브(12), 냉매가 유동하며 대기와 열교환하는 실외기(13), 냉매가 유동하며 냉난방수와 열교환하는 제1 열교환기(14), 냉매가 유동하며 엔진냉각수와 열교환하는 제2 열교환기(15), 냉매가 유동하며 지중순환수와 열교환하는 제3 열교환기(16), 제1 열교환기(14)로부터 유입되는 냉매를 교축작용을 통해 감압시키는 제1 팽창밸브(17), 실외기(13) 또는 제1 열교환기(14)로부터 유입되는 냉매를 교축작용을 통해 감압시키는 제2 팽창밸브(18), 실외기(13) 또는 제3 열교환기(16)로부터 유입되는 냉매를 교축작용을 통해 감압시키는 제3 팽창밸브(19) 및 제1 열교환기(14)로부터 유입되는 냉매를 교축작용을 통해 감압시키는 제4 팽창밸브(20)를 포함하여 구성된다.Specifically, the heat pump includes a
상기 냉난방수 라인은 냉난방수를 강제순환시키는 냉난방수 순환펌프(41), 냉방 및 냉수 공급을 위한 냉수를 저장하는 냉수조(42), 난방 및 온수 공급을 위한 온수를 저장하는 온수조(43) 및 제1 열교환기(14), 냉수조(42) 및 온수조(43)를 연결하는 배관이 각각 연결되고 제1 열교환기(14)로부터 배출되는 냉난방수를 냉수조(42) 또는 온수조(43)로 선택적으로 유동시키는 제1 삼방밸브(45)를 포함하여 구성된다.The cooling / heating water line includes a cooling / heating
상기 엔진냉각수 라인은 냉각수를 강제순환시키는 냉각수 순환펌프(51)를 포함하여 이루어지며, 가스엔진(10)을 거치는 냉각수를 온수조(43), 제1 열교환기(14) 및 제2 열교환기(15)를 선택적으로 순환시켜 열교환 하도록 구성된다.The engine cooling water line includes a cooling
이를 위해, 제2 및 제3 삼방밸브(52,53)와 후술하는 제5 밸브(V5)가 구비되는데, 제2 및 제3 삼방밸브(52,53)는 온수조(43)와 제2 열교환기(15)로의 냉각수 순환을 제어하고, 제5 밸브(V5)는 제1 열교환기(14)로의 순환을 제어하는 기능을 수행한다. The second and third three-
상기 지중순환수 라인은 지하에 매설되는 지중 열교환기(61) 및 지중순환수를 강제순환시키는 지중순환수 순환펌프(62)를 포함하여 이루어지며, 지중 열교환기(61), 제3 열교환기(16) 및 냉수조(42)를 지중순환수가 순환하도록 구성되는데, 이는 지중 열교환기(61)를 통과한 지중순환수의 냉수조(42)로의 순환은 제4 삼방밸브(63)를 통해 제어된다. 즉, 냉수조(42)로의 지중순환수의 순환이 요구되는 경우에는 제4 삼방밸브(63)를 제어하여 냉수조(42)로 지중순환수가 공급되도록 하고 그렇지 않은 경우에는 제4 삼방밸브(63)를 제어하여 냉수조(42)로의 지중순환수 공급을 차단하게 된다.The underground circulation water line includes an underground heat exchanger (61) embedded in the underground and an underground circulation water circulation pump (62) for forcibly circulating the underground circulation water. The underground heat exchanger (61), the third heat exchanger 16 and the
또한, 본 발명은 태양광 발전을 하는 태양광 전지와 상기 태양광 전지에서 생성된 전력을 저장하는 축전지로 이루어지는 태양광 발전 모듈(70), 상기 온수조 내에 설치되고 상기 축전지로부터 전기를 공급받아 상기 온수조 내 온수를 가열하는 가열기(71), 상기 태양광 발전 모듈(70)의 태양광 전지 하면에 접하여 설치되는 태양광 전지용 열교환부(72), 상기 지중순환수 라인에서 분기되어 상기 태양광 전지용 열교환부(72)로 지중수가 순환되도록 연결되는 지중수 분기라인, 상기 태양광 전지용 열교환부(72) 전후측의 지중수 분기라인에서 양단이 각각 연결되고 상기 온수조 내부에 설치되는 온수조 열교환부(73)를 연결하는 온수조 연결라인, 일단은 상기 온수조 연결라인에 연결되고 타단은 상기 지중수 분기라인에 연결되며 상기 냉수조 내부에 설치되는 냉수조 열교환부(74)를 연결하는 냉수조 연결라인, 상기 지중수 분기라인과 온수조 연결라인의 연결부에 설치되는 제5 삼방밸브(75), 상기 온수조 연결라인과 냉수조 연결라인의 연결부에 설치되는 제6 삼방밸브(76) 및 상기 온수조 연결라인에 설치되는 태양광 전지 냉각용 순환수 펌프(77)를 구비한다. The present invention also relates to a solar power generation module (70) comprising a photovoltaic cell for generating solar power and a battery for storing the power generated by the photovoltaic cell, (71) for heating hot water in a hot water tank, a heat exchanging part (72) for a solar battery installed in contact with the solar battery cell of the solar cell module (70) A geothermal water
상기 가열기(71)는 전기 열선 등이 사용될 수 있다.The
이를 통해, 지중수를 활용하여 하절기 등에 태양광 발전 모듈(70)의 온도 증가로 인해 발전 효율 저하를 해결할 수 있다. 이때 지중수를 활용함과 동시에 냉수조 내의 냉수의 저온을 활용하여 태양광 전지를 냉각시킴으로써 효율적이면서도 신속하게 태양광 발전 모듈(70)의 운전조건을 최적화시킬 수 있다.Accordingly, degradation of power generation efficiency can be solved by increasing the temperature of the photovoltaic
또한, 태양광 발전 모듈(70) 상부에 눈이 적층될 경우 온수조의 온수를 사용하여 눈을 제거할 수 있고, 운전 초기에 지중수와 냉수조의 냉수 또는 온수조의 온수를 열교환시킴으로써 지중수의 활용도를 높일 수 있으며, 태양광 발전을 통해 생성된 전력으로 온수조를 가열함으로써 가스 연료의 절감을 동시에 도모할 수 있다. In addition, when the snow is piled up on the solar
또한, 본 발명은 상기 태양광 전지의 상면에 돌출되어 형성되어 광량을 검출하는 광센서(81), 상기 축전지에 설치되어 충전량의 변화를 검출하는 충전량 변화 검출수단(82), 상기 광센서(81) 및 충전량 변화 검출수단(82)으로부터 검출되는 광량과 충전량 변화 값을 통해 상기 제5 삼방밸브(75), 제6 삼방밸브(76) 및 태양광 전지 냉각용 순환수 펌프(77)를 제어하는 제어수단(80)을 구비한다. 상기 제어수단(80)은 상기 제어부 내에 설치됨이 바람직하다.Further, the present invention provides a solar battery comprising: a photosensor (81) protruding from an upper surface of the photovoltaic cell to detect the amount of light; charge amount change detecting means (82)
상기 제어수단(80)은 광센서(81)로부터 검출되는 광량 데이터와 충전량 변화 검출수단(82)에 의해 검출되는 충전량 변화를 통해 상기 제5 삼방밸브(75), 제6 삼방밸브(76) 및 태양광 전지 냉각용 순환수 펌프(77)를 제어하게 되는데, 광량이 일정 값 이상인 상태에서 충전량 변화가 없을 경우 눈이 적층된 것으로 판단하여 온수조와 상기 태양광 전지용 열교환기를 연결하여 온수조의 온기가 태양광 전지로 전달될 수 있도록 하며, 광량이 또 다른 일정 값 이상인 경우에 충전량이 증가하다가 그 증가 정도가 하락하는 경우 태양광 전지의 과열로 인해 발전 효율이 감소하는 것으로 판단하여 냉수조와 상기 태양광 전지용 열교환기를 연결하여 냉수조의 냉기가 태양광 전지로 전달될 수 있도록 하는 등의 작용을 하게 된다.The control means 80 controls the fifth five-
또한, 본 발명은 상기 가스 엔진 배기부를 고열원으로 하고 상기 실외기를 저열원으로 하여 온도차 발전을 수행하는 온도차 발전기(90)와, 상기 온도차 발전기(90)에서 생성된 전기를 공급받아 상기 실외기를 가열하는 제상용 가열기(91)를 구비한다.In addition, the present invention is characterized in that the present invention comprises a temperature difference generator (90) for generating the temperature difference by using the gas engine exhaust as a high heat source and the outdoor unit as a low heat source, And a
이를 통해, 가스 엔진 배기부와 실외기의 온도차를 이용하여 실외기를 가열하여 제상을 수행할 수 있도록 한다.Accordingly, the defrosting can be performed by heating the outdoor unit using the temperature difference between the gas engine exhaust part and the outdoor unit.
이외에도 본 발명에서는, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 냉매 및 엔진냉각수 등의 순환을 제어하기 위해 제1 내지 제5 밸브(V1,V2,V3,V4,V5)에 더하여 체크밸브(C)가 더 구비된다.1 to 4, in addition to the first to fifth valves V1, V2, V3, V4, and V5, a check valve C (not shown) is provided to control the circulation of the coolant, engine coolant, ).
또한, 본 발명에 따른 고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템은 제어부(미도시)가 구비되어 상기의 사방밸브(12), 제1 내지 제4 삼방밸브(45,52,53,63), 제1 내지 제5 밸브(V1,V2,V3,V4,V5)와 각종 펌프 등을 제어하게 된다.The high efficiency gas engine type heat pump system according to the present invention includes a four-
상기한 바와 같은 구성을 통해 본 발명에 따른 고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템의 작동과정에 대해 구체적으로 설명한다.The operation of the high efficiency gas engine type heat pump system according to the present invention will be described in detail with reference to the above-described configuration.
먼저, 온수를 생성하는 과정에 대해 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 사방밸브(12)는 A와 D가 연결되고 제1 및 제3 밸브(V1,V3)는 개방되며 제2 및 제4 밸브(V2,V4)는 폐쇄되며, 이로 인해 냉매는 압축기(11)-->사방밸브(12)-->제1 열교환기(14)-->제1 팽창밸브(17)-->실외기(13)-->사방밸브(12)-->압축기(11)의 순서로 냉매가 순환하여 제1 열교환기(14)에서 온수를 생성하는 제1 냉매순환계통을 이룬다.1, the four-
여기서, 제1 열교환기(14)는 응축기로서, 실외기(13)는 증발기로서 기능을 수행하게 된다.Here, the
그리고 압축기(11)-->사방밸브(12)-->제1 열교환기(14)를 거친 냉매의 일부는 제2 팽창밸브(18)--> 제2 열교환기(15)-->압축기(11)의 순서로 냉매가 순환하여 냉각수의 온도를 낮추도록 구성된다.A part of the refrigerant passing through the
또한, 온수를 생성하는 다른 과정(지열을 활용하는 과정)에 대해 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 사방밸브(12)는 A와 D가 연결되고 제2 및 제4 밸브(V2,V4)는 개방되며 제1 및 제3 밸브(V1,V3)는 폐쇄되며, 이로 인해 냉매는 압축기(11)-->사방밸브(12)-->제1 열교환기(14)-->제4 팽창밸브(20)-->제3 열교환기(16)-->사방밸브(12)-->압축기(11)의 순서로 냉매가 순환하여 제1 열교환기(14)에서 온수를 생성하는 제2 냉매순환계통을 이룬다.As shown in FIG. 2, the four-
온수를 생성하는 과정에서 제1 삼방밸브(45)는 A와 C가 연결되어 제1 열교환기(14)에서 가열된 온수가 온수조(43)로 공급되게 된다.In the process of generating hot water, the first three-
상기의 온수를 생성하는 과정 중에서 제1 및 제2 냉매순환계통은 외기, 지열 등을 고려하여 제어부를 통해 선택적으로 사용될 수 있다.During the process of generating the hot water, the first and second refrigerant circulation systems can be selectively used through the control unit in consideration of the outside air, the geothermal heat, and the like.
냉수를 생성하는 과정에 대해 설명하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 사방밸브(12)는 A와 B가 연결되고 제3 밸브(V3)는 개방되며 제1, 제2 및 제4 밸브(V1,V2,V4)는 폐쇄되며, 이로 인해 냉매는 압축기(11)-->사방밸브(12)-->실외기(13)-->제3 팽창밸브(19)-->제1 열교환기(14)-->사방밸브(12)-->압축기(11)의 순서로 냉매가 순환하여 제1 열교환기(14)에서 냉수를 생성하는 제3 냉매순환계통을 이룬다.3, the four-
여기서, 압축기(11)-->사방밸브(12)-->실외기(13)를 거친 냉매의 일부는 제2 팽창밸브(18)-->제2 열교환기(15)-->압축기(11)의 순서로 냉매가 순환하여 냉각수의 온도를 낮추도록 하게 된다.Here, a part of the refrigerant passing through the
또한, 냉수를 생성하는 다른 과정(지열을 활용하는 과정)에 대해 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 사방밸브(12)는 A와 B가 연결되고 제1, 제2 및 제4 밸브(V1,V2,V4)는 개방되며 제3 밸브(V3)는 폐쇄되며, 이로 인해 냉매는 압축기(11)-->사방밸브(12)-->제3 열교환기(16)-->제3 팽창밸브(19)-->제1 열교환기(14)-->사방밸브(12)-->압축기(11)의 순서로 냉매가 순환하여 제1 열교환기(14)에서 냉수를 생성하는 제4 냉매순환계통을 이룬다.As shown in FIG. 4, the four-
냉수를 생성하는 과정에서 제1 삼방밸브(45)는 A와 B가 연결되어 제1 열교환기(14)에서 가열된 온수가 온수조(43)로 공급되게 된다.In the process of generating cold water, the first three-
상기의 냉수를 생성하는 과정 중에서 제3 및 제4 냉매순환계통은 외기, 지열 등을 고려하여 제어부를 통해 선택적으로 사용될 수 있다.During the process of generating the cold water, the third and fourth refrigerant circulation systems can be selectively used through the control unit in consideration of the outside air, the geothermal heat, and the like.
그리고 본 발명에 따른 고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템에서는 냉각수 라인의 냉각수 순환 배관은 제1 열교환기(14)와 연결되어 열교환 함으로써 가스엔진(10) 초기 운전시 엔진의 온도를 신속히 높여 연소 효율을 높일 수 있도록 구성된다.In the high efficiency gas engine type heat pump system according to the present invention, the cooling water circulation pipe of the cooling water line is connected to the
상기한 바와 같은 구성과 작동과정을 통해 본 발명에 따른 고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템은 외부 대기와 지열을 적절히 활용하여 최적의 효율로 운전이 가능하고, 더욱이 엔진의 냉각수가 열교환기와 온수조를 통해 열교환함으로써 엔진을 최적 운전상태로 유지함과 아울러 엔진 폐열을 활용할 수 있는 등의 이점을 가지게 된다.The high-efficiency gas engine type heat pump system according to the present invention can operate at optimum efficiency by appropriately utilizing the outside air and the geothermal heat through the construction and operation as described above, and further, the cooling water of the engine is supplied through the heat exchanger and the hot water tank It is possible to maintain the engine in an optimum operating state by using heat exchange, and to utilize engine waste heat.
10: 가스 엔진 11: 압축기
12: 사방밸브 13: 실외기
14: 제1 열교환기 15: 제2 열교환기
16: 제3 열교환기 17: 제1 팽창밸브
18: 제2 팽창밸브 19: 제3 팽창밸브
20: 제4 팽창밸브
41: 냉난방수 순환펌프 42: 냉수조
43: 온수조 45: 제1 삼방밸브
51: 냉각수 순환펌프 52: 제2 삼방밸브
53: 제3 삼방밸브
61: 지중 열교환기 62: 지중순환수 순환펌프
63: 제4 삼방밸브
70: 태양광 발전 모듈 71: 가열기
72: 태양광 전지용 열교환부 73: 온수조 열교환부
74: 냉수조 열교환부 75: 제5 삼방밸브
76: 제6 삼방밸브 77: 태양광 전지 냉각용 순환수 펌프
80: 제어수단 81: 광센서
90: 온도차 발전기 91: 제상용 가열기
82: 충전량 변화 검출수단
V1: 제1 밸브 V2: 제2 밸브
V3: 제3 밸브 V4: 제4 밸브
V5: 제5 밸브 V6: 제6 밸브
C: 체크밸브10: Gas engine 11: Compressor
12: four-way valve 13: outdoor unit
14: first heat exchanger 15: second heat exchanger
16: third heat exchanger 17: first expansion valve
18: second expansion valve 19: third expansion valve
20: Fourth expansion valve
41: cooling / heating water circulation pump 42: cold water tank
43: hot water tank 45: first three-way valve
51: cooling water circulation pump 52: second three-way valve
53: Third three-way valve
61: underground heat exchanger 62: underground circulation water circulation pump
63: Fourth three-way valve
70: solar power generation module 71: heater
72: heat exchange unit for solar battery 73: hot water tank heat exchange unit
74: cold water tank heat exchanger 75: fifth five-way valve
76: Sixth Three-way valve 77: Circulating water pump for cooling the solar battery
80: Control means 81: Light sensor
90: Temperature difference generator 91: Commercial heater
82: Charging amount change detecting means
V1: first valve V2: second valve
V3: third valve V4: fourth valve
V5: fifth valve V6: sixth valve
C: Check valve
Claims (1)
유로를 전환하여 냉매의 유동방향을 전환하는 사방밸브,
냉매가 유동하며 대기와 열교환하는 실외기,
냉매가 유동하며 냉난방수와 열교환하는 제1 열교환기,
냉매가 유동하며 엔진냉각수와 열교환하는 제2 열교환기,
냉매가 유동하며 지중순환수와 열교환하는 제3 열교환기,
제1 열교환기로부터 유입되는 냉매를 교축작용을 통해 감압시키는 제1 팽창밸브,
실외기 또는 제1 열교환기로부터 유입되는 냉매를 교축작용을 통해 감압시키는 제2 팽창밸브,
실외기 또는 제3 열교환기로부터 유입되는 냉매를 교축작용을 통해 감압시키는 제3 팽창밸브 및
제1 열교환기로부터 유입되는 냉매를 교축작용을 통해 감압시키는 제4 팽창밸브를 포함하여 이루어지는 히트펌프;
냉난방수를 강제순환시키는 냉난방수 순환펌프,
냉수를 저장하는 냉수조,
온수를 저장하는 온수조 및
제1 열교환기, 냉수조 및 온수조를 연결하는 배관이 각각 연결되고 제1 열교환기로부터 배출되는 냉난방수를 냉수조 또는 온수조로 선택적으로 유동시키는 제1 삼방밸브를 포함하여 이루어지는 냉난방수 라인;
냉각수를 강제순환시키는 냉각수 순환펌프를 포함하여 이루어지며, 가스엔진을 거치는 냉각수를 온수조 및 제1 열교환기를 선택적으로 순환시켜 열교환하도록 구성되는 엔진냉각수 라인; 및
지하에 매설되는 지중 열교환기 및
지중순환수를 강제순환시키는 지중순환수 순환펌프를 포함하여 이루어지며,
지중순환수가 지중 열교환기, 제3 열교환기 및 냉수조를 순환하는 지중순환수 라인을 포함하여 구성되되;
온수생성시에는 압축기, 사방밸브, 제1 열교환기, 제1 팽창밸브, 실외기, 사방밸브, 압축기의 순서로 냉매가 순환하여 제1 열교환기에서 온수를 생성하는 제1 냉매순환계통과 압축기, 사방밸브, 제1 열교환기, 제4 팽창밸브, 제3 열교환기, 사방밸브, 압축기의 순서로 냉매가 순환하여 제1 열교환기에서 온수를 생성하는 제2 냉매순환계통을 선택적으로 사용하며,
냉수생성시에는 압축기, 사방밸브, 실외기, 제3 팽창밸브, 제1 열교환기, 사방밸브, 압축기의 순서로 냉매가 순환하여 제1 열교환기에서 냉수를 생성하는 제3 냉매순환계통과, 압축기, 사방밸브, 제3 열교환기, 제3 팽창밸브, 제1 열교환기, 사방밸브, 압축기의 순서로 냉매가 순환하여 제1 열교환기에서 냉수를 생성하는 제4 냉매순환계통을 선택적으로 사용하며,
태양광 발전을 하는 태양광 전지와 상기 태양광 전지에서 생성된 전력을 저장하는 축전지로 이루어지는 태양광 발전 모듈,
상기 온수조 내에 설치되고 상기 축전지로부터 전기를 공급받아 상기 온수조 내 온수를 가열하는 가열기,
상기 태양광 발전 모듈의 태양광 전지 하면에 접하여 설치되는 태양광 전지용 열교환부,
상기 지중순환수 라인에서 분기되어 상기 태양광 전지용 열교환부로 지중수가 순환되도록 연결되는 지중수 분기라인,
상기 태양광 전지용 열교환부 전후측의 지중수 분기라인에서 양단이 각각 연결되고 상기 온수조 내부에 설치되는 온수조 열교환부를 연결하는 온수조 연결라인,
일단은 상기 온수조 연결라인에 연결되고 타단은 상기 지중수 분기라인에 연결되며 상기 냉수조 내부에 설치되는 냉수조 열교환부를 연결하는 냉수조 연결라인,
상기 지중수 분기라인과 온수조 연결라인의 연결부에 설치되는 제5 삼방밸브,
상기 온수조 연결라인과 냉수조 연결라인의 연결부에 설치되는 제6 삼방밸브,
상기 온수조 연결라인에 설치되는 태양광 전지 냉각용 순환수 펌프,
상기 태양광 전지의 상면에 돌출되어 형성되어 광량을 검출하는 광센서,
상기 축전지에 설치되어 충전량의 변화를 검출하는 충전량 변화 검출수단,
상기 광센서 및 충전량 변화 검출수단으로부터 검출되는 광량과 충전량 변화 값을 통해 상기 제5 삼방밸브, 제6 삼방밸브 및 태양광 전지 냉각용 순환수 펌프를 제어하는 제어수단,
상기 가스 엔진 배기부를 고열원으로 하고 상기 실외기를 저열원으로 하여 온도차 발전을 수행하는 온도차 발전기 및
상기 온도차 발전기에서 생성된 전기를 공급받아 상기 실외기를 가열하는 제상용 가열기를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는
고효율 가스엔진식 히트펌프 시스템
A compressor driven by the gas engine to compress the refrigerant,
A four-way valve for switching the direction of flow of the refrigerant by switching the flow path,
An outdoor unit in which refrigerant flows and exchanges heat with the atmosphere,
A first heat exchanger in which the refrigerant flows and exchanges heat with cooling /
A second heat exchanger in which the refrigerant flows and exchanges heat with engine cooling water,
A third heat exchanger in which the refrigerant flows and exchanges heat with the underground circulation water,
A first expansion valve for reducing the pressure of the refrigerant introduced from the first heat exchanger through the throttling action,
A second expansion valve for reducing the pressure of the refrigerant introduced from the outdoor unit or the first heat exchanger through the throttling action,
A third expansion valve for reducing the pressure of the refrigerant introduced from the outdoor unit or the third heat exchanger through the throttling action,
And a fourth expansion valve for reducing the pressure of the refrigerant flowing from the first heat exchanger through the throttling action;
Cooling / heating water circulation pump for forcedly circulating cooling / heating water,
A cold water tank for storing cold water,
A hot water tank for storing hot water, and
And a first three-way valve connected to the first heat exchanger, the cold water tank and the hot water tank, respectively, for selectively connecting the cold / hot water discharged from the first heat exchanger to the cold water tank or the hot water tank;
An engine cooling water line including a cooling water circulation pump for forcibly circulating the cooling water, the engine cooling water line being configured to selectively circulate the cooling water passing through the gas engine to the hot water tank and the first heat exchanger; And
Underground heat exchanger buried underground
And an underground circulation water circulation pump for forcibly circulating the underground circulation water,
An underground circulation water line through which the underground circulation water circulates between the underground heat exchanger, the third heat exchanger and the cold water tank;
A first refrigerant circulation passage compressor for circulating a refrigerant in the order of a compressor, a four-way valve, a first heat exchanger, a first expansion valve, an outdoor unit, a four-way valve and a compressor to generate hot water in the first heat exchanger, The first heat exchanger, the fourth expansion valve, the third heat exchanger, the four-way valve, the compressor, and the second refrigerant circulation system which generates hot water in the first heat exchanger,
A third refrigerant circulation path through which the refrigerant circulates in the order of the compressor, the four-way valve, the outdoor unit, the third expansion valve, the first heat exchanger, the four-way valve and the compressor in order of generating cold water in the first heat exchanger, A fourth refrigerant circulation system for circulating the refrigerant in the order of the valve, the third heat exchanger, the third expansion valve, the first heat exchanger, the four-way valve and the compressor to generate cold water in the first heat exchanger,
1. A photovoltaic power generation module comprising a photovoltaic cell for solar power generation and a battery for storing power generated by the photovoltaic cell,
A heater installed in the hot water tank and heating the hot water in the hot water tank by receiving electricity from the battery,
A heat exchanger for a solar battery installed in contact with the bottom surface of the solar cell of the solar cell module,
An underground water branch line branched from the underground circulation water line and connected to circulate the underground water to the heat exchanger for the photovoltaic cell,
A hot water tank connection line connecting both ends of the ground water branch lines at the front and rear sides of the heat exchanging unit for the solar battery and connecting the hot water tank heat exchange unit installed in the hot water tank,
A cold water tank connecting line, one end of which is connected to the hot water tank connecting line and the other end is connected to the sub water tank branch line and connects the cold water tank heat exchanger installed in the cold water tank,
A fifth five-way valve installed at a connection portion between the ground water branch line and the hot water tank connection line,
A sixth three-way valve installed at a connection portion between the hot water tank connection line and the cold water tank connection line,
A circulation water pump for cooling the photovoltaic cell installed in the hot water tank connection line,
An optical sensor protruding from an upper surface of the photovoltaic cell to detect an amount of light,
A charge amount change detecting means provided in the battery to detect a change in the charge amount,
Control means for controlling the fifth three-way valve, the sixth three-way valve, and the circulating water pump for cooling the solar battery through the light amount and the charge amount change value detected from the photosensor and the charge amount change detecting means,
A temperature difference generator for generating the temperature difference by using the gas engine exhaust as a high heat source and the outdoor unit as a low heat source;
Further comprising a heater for heating the electric furnace, which receives the electricity generated by the temperature difference generator and heats the outdoor unit
High efficiency gas engine heat pump system
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