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KR102597498B1 - Pvt 및 공기열원 히트펌프 연계 냉난방 시스템 - Google Patents

Pvt 및 공기열원 히트펌프 연계 냉난방 시스템 Download PDF

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KR102597498B1
KR102597498B1 KR1020220104863A KR20220104863A KR102597498B1 KR 102597498 B1 KR102597498 B1 KR 102597498B1 KR 1020220104863 A KR1020220104863 A KR 1020220104863A KR 20220104863 A KR20220104863 A KR 20220104863A KR 102597498 B1 KR102597498 B1 KR 102597498B1
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Abstract

본 발명은 PVT 및 공기열원 히트펌프 연계 냉난방 시스템에 관한 것으로서, PVT 집열기와 함께 수냉식 열교환기와 공랭식 열교환기의 멀티열원을 이용한 히트펌프를 함께 이용하여, PVT 집열기를 통한 전력생산은 물론이거니와, 사용자의 다양한 실시예에 따라 멀티열원을 동시에 이용하거나 하나만 선택적으로 이용하여, 급탕, 난방, 냉방운전모드를 용이하게 이용할 수 있도록 하는 PVT 및 공기열원 히트펌프 연계 냉난방 시스템에 관한 것이다.

Description

PVT 및 공기열원 히트펌프 연계 냉난방 시스템{Heating and cooling system linked to PVT and air heat source heat pump}
본 발명은 PVT 집열기(PVT_W)와 공기열원 히트펌프 및 급탕용 축열조 및 냉,난방용의 콤비형 축열조를 이용한 PVT 및 공기열원 히트펌프 연계 냉난방 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 태양광-열(PVT) 집열기와 히트펌프 시스템을 연계한 복합열원 시스템에 관한 것으로, PVT 집열기와 이 집열기의 효율적인 이용을 위한 시스템에 관한 것이다.
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.
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.
특히 PVT 모듈이나 태양열 집열기의 열에너지를 활용하기 위해서는 집열기의 동작조건, 히트펌프 회로의 구성방법 및 제어에 따라서 효율이 많이 달라지는 점이 있다.
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.
대한민국 등록특허공보 10-2286806호(2021.08.02.등록)
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,
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 VT 및 공기열원 히트펌프 연계 냉난방 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서,
태양에너지를 통해 전력과 열에너지를 생산하며, 생산된 전력은 전력사용처에 사용하는 PVT 집열기(10);
상기 PVT 집열기(10)와 연결되며, 압축기(21), 응축기, 팽창밸브(25), 증발기 순으로 냉매가 순환유동되되, PVT 집열기(10)의 열에너지를 열원으로 이용하는 수냉식 열교환기(22) 및 공기열원을 이용하는 공랭식 열교환기(23)가 직렬로 연결된 구조를 가지면서, 냉매순환방향에 따라 응축기 또는 증발기로 전환사용되어, 난방운전모드 또는 냉방운전모드로 구동되는, 냉방/난방운전모드 전환시 냉매의 이동제어를 위한 4방밸브(26)가 설치되어 있는 멀티열원 히트펌프(20);
상기 PVT 집열기(10) 및 멀티열원 히트펌프(20)와 3방밸브(V1)로 연결되어, 제공받는 열에너지를 통해 사용처에 급탕을 제공하기 위한 급탕용 축열조(30);
상기 멀티열원 히트펌프(20) 및 급탕용 축열조(30)와 연결되어 있으며, 상기 멀티열원 히트펌프(20)의 공기열원을 통해, 하절기에는 사용처에 냉방수를 제공하고, 동절기에는 사용처에 난방수를 제공하기 위한 콤비형 축열조(40); 로 구성되어,
급탕운전모드, 난방운전모드, 냉방운전모드의 선택적 운전이 가능토록 하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 PVT 집열기와 히트펌프 시스템으로 구성되어, 에너지 절약을 위한 복합형 기기로써 발전과 함께 열에너지를 발생할 수 있는 효과가 있다.
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 및 공기열원 히트펌프 연계 냉난방 시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 PVT 모듈을 더욱 효율적으로 이용할 수 있도록 시스템화하여 소비자 만족도를 높인 제품 생산이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 PVT 및 공기열원 히트펌프 연계 냉난방 시스템에서의 급탕운전모드시의 구성을 나타낸 일실시예의 도면.
도 2는 본 발명에 따른 PVT 및 공기열원 히트펌프 연계 냉난방 시스템에서의 난방운전시의 구성을 나타낸 일실시예의 도면.
도 3은 본 발명에 따른 PVT 및 공기열원 히트펌프 연계 냉난방 시스템에서의 냉방운전모드시의 구성을 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.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PVT 및 공기열원 히트펌프 연계 냉난방 시스템을 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 PVT 및 공기열원 히트펌프 연계 냉난방 시스템은 PVT 집열기(10), 멀티열원 히트펌프(20), 급탕용 축열조(30), 콤비형 축열조(40)를 포함한다.
상기 PVT 집열기(10)는 태양에너지를 통해 전력와 열에너지를 생산하며, 생산된 전력은 전력사용처에 사용할 수 있도록 하는 것이다. 이러한 상기 PVT 집열기(10)는 태양열 및 태양광 에너지를 복합적으로 생산하는 것으로, 널리 공지된 기술이다.
또한, 상기 PVT 집열기(10)에서 생산된 전력은 필요대상처에 제공되어 전력으로 사용되고, 생산된 열에너지는 후술될 멀티열원 히트펌프(20)의 수냉식 열교환기(22)를 통해 열원으로 제공되는 것이다.
상기 멀티열원 히트펌프(20)는 전술된 PVT 집열기(10)와 연결되며, 압축기(21), 응축기, 팽창밸브(25), 증발기 순으로 냉매가 순환유동되되, PVT 집열기(10)의 열에너지를 열원으로 이용하는 수냉식 열교환기(22) 및 공기열원을 이용하는 공랭식 열교환기(23)가 직렬로 연결된 구조를 가지면서, 냉매순환방향에 따라 응축기 또는 증발기로 전환사용되어, 난방운전모드 또는 냉방운전모드로 구동되는, 냉방/난방운전모드 전환시 냉매의 이동제어를 위한 4방밸브(26)가 설치되어 있는 구성이다.
더욱 자세히 설명하면,
냉매 압축을 위한 압축기(21), 상기 PVT 집열기(10)의 열에너지를 전달받는 수냉식 열교환기(22), 상기 공랭식 열교환기(23)와 직렬로 연결되는 공랭식 열교환기(23), 멀티열원 히트펌프(20)의 열원을 급탕용 축열조(30) 또는 콤비형 축열조(40)에 전달하는 급탕축열 열교환기(24), 상기 수냉식 열교환기(22)와 급탕축열 열교환기(24) 사이에 설치되는 팽창밸브(25), 냉방/난방운전모드 전환시 냉매의 이동제어를 위해, 압축기(21)의 양단 및 공랭식 열교환기(23)와 급탕축열 열교환기(24)와 연결되는 4방밸브(26)(4-way Valve)로 구성된다.
상기 수냉식 열교환기(22)(응축 또는 증발의 역할)는 PVT 열에너지 전달용으로서, 냉매로는 에틸렌 글리콜, 냉매 R410이 이용되는 열교환기이다.
상기 공랭식 열교환기(23)(응축 또는 증발의 역할)는 압축기(21)의 응축, 증발열 공기중 방출 또는 흡입(냉매 R410)작동하는 열교환기이다.
상기 급탕축열 열교환기(24)는 증발 및 응축 열교환기로서, 증발 및 응축 에너지를 축열조(급탕용 축열조(30), 콤비형 축열조(40))에 저장하는데 필요한 열교환기 냉매로는 R410 또는 물이 사용되는 열교환기이다.
상기 급탕용 축열조(30)는 PVT 집열기(10) 및 멀티열원 히트펌프(20)와 3방밸브(V1)로 연결되어, 제공받는 열에너지를 통해 사용처에 급탕을 제공하기 위한 축열조이다.
이러한 급탕용 축열조(30)는 내부에 2개의 열교환기가 부착되는데, 상부측의 상단열교환기(31)와 하부측의 하단열교환기(32)로 구성되어, 상단측은 태양열 축열용으로 사용되고, 하단측은 멀티열원 히트펌프(20) 에너지 축열용으로 사용된다.
즉, 운전모드에 따라서 급탕전용 및 난방 및 급탕 겸용 축열이 가능하도록 한 것으로, 본 발명에서는 3방밸브(V2)가 설치되어, 제어 조건에 따라서 급탕전용, 급탕및 난방겸용 운전을 선택할 수 있도록 구성한 것이다. 특히 겸용 운전모드에서는 하나의 펌프(P)로 급탕 및 난방축열을 동시에 가능하도록 직렬연결 구성을 한 것이다.
상기 콤비형 축열조(40)는 냉,난방용수 저장용 축열조로서, 상기 멀티열원 히트펌프(20) 및 급탕용 축열조(30)와 연결되어 있으며, 상기 멀티열원 히트펌프(20)의 공기열원을 통해, 하절기에는 사용처에 냉방수를 제공하고, 동절기에는 사용처에 난방수를 제공하기 위한 축열조이다.
하기에서는 상기와 같은 구성을 가지는 PVT 및 공기열원 히트펌프 연계 냉난방 시스템의 운전모드에 대해 설명하도록 한다.
1. 급탕운전모드
본 발명에서의 급탕 운전은 태양열 축열모드, 히트펌프 축열모드로 동작할 수 있다.
태양열 축열모드는 차온제어(Differential temperature Control) 방식에 따라(통상의 태양열 기술), PVT 집열기(10)에서 집열된 열에너지를 급탕용 축열조(30)에 저장하는 것이다. 이때 멀티열원 히트펌프(20)와 동시연결된 3방밸브(V1)는 태양열 축열조 쪽으로 개로하며, 멀티열원 히트펌프(20)는 구동되지 않고 정지한다.
히트펌프 축열모드는 급탕에너지가 부족할 때 Back-up(보상운전)용으로 가동하며, 이때는 멀티열원 히트펌프(20)가 난방운전 모드로 가동된 상태에서 사용되는 것이다.
즉, 결론적으로 상기 급탕운전모드는,
상기 멀티열원 히트펌프(20)가 비구동인 상태에서, 상기 PVT 집열기(10)의 열에너지가 급탕용 축열조(30) 내부의 상단열교환기(31)에 전달되어, 사용처에 급탕이 제공될 수 있도록 하는 태양열 축열모드와, 상기 멀티열원 히트펌프(20)가 난방운전모드로 구동된 상태에서, 멀티열원 히트펌프(20)의 열원이 급탕용 축열조(30) 내부의 하단열교환기(32)에 전달되어, 사용처에 급탕이 제공될 수 있도록 하는 히트펌프 축열모드로 이루어지는 것이다.
2. 난방운전모드
본 발명의 난방 운전 모드는 크게 3가지 열교환 방식이 있을 수 있다.
즉, 1) 수냉식 열교환기(22) 전용 운전, 2) 공랭식 열교환기(23) 전용 운전, 3) 수냉식 및 공랭식 열교환기(23) 하이브리드 운전으로 구분할 수 있다.
난방 가동 조건에 있어 수냉식 열교환기(22)(냉매/물)는 응축기로 동작하도록 4방밸브(26)가 작동하며 이때 콤비형 축열조(40), 급탕축열 열교환기(24)가 동시에 회로를 구성하며 응축열에너지를 저장한다.
열원으로는 공랭식 열교환기(23)(증발기로 동작함)와 수냉식 열교환기(22)(WTW)가 직렬로 연결되어, 각각의 에너지 공급량에 따라서 단속적으로 운전하며 에너지를 공급하게 된다. 즉, 태양열 에너지가 생산되는 조건에 있어서는 PVT 집열기(10)에서 생산된 열에너지를 공급하기 위해 3방향 밸브가 상기 수냉식 열교환기(22)(WTW)쪽으로 개로하며 펌프(P)가 동작하여 에너지를 공급하게 된다. 상기의 두개의 열교환기(수냉식 열교환기(22), 공랭식 열교환기(23))는 멀티열원 히트펌프(20)의 운전조건(운전여부), PVT 집열기(10)의 가동 상태에 따라 단속적으로 가동됨을 특징으로 하며, 본 고안에서는 PVT 집열기(10)측 수냉식 열교환기(22)와 공랭식 열교환기(23)는 독립해서 운전할 수 있는 특징이 있다.
즉, 본 발명에서의 난방운전모드에서는 상기 PVT 집열기(10)의 열원이 멀티열원 히트펌프(20)를 통해 콤비형 축열조(40)에 전달되어, 사용처에 난방수가 제공되도록 하는 것으로, 상기 멀티열원 히트펌프(20)는, 수냉식 열교환기(22)과 공랭식 열교환기(23) 중에서 수냉식 열교환기(22)만 전용으로 사용되는 제 1경우, 공랭식 열교환기(23)만 전용으로 사용되는 제 2경우, 수냉식 열교환기(22)와 공랭식 열교환기(23)가 동시에 사용되는 제 3경우 중 하나로 구동이 가능한 것이다.
또한, 이러한 상기 난방운전모드에서, 상기 콤비형 축열조(40)에 전달되는 열원은, 콤비형 축열조(40)에 전달되기 전에 급탕용 축열조(30) 내부의 하단열교환기(32)에 열원을 전달하여, 사용처에 급탕이 제공될 수 있도록 하는 히트펌프 축열모드에도 사용되도록 함으로써, 난방운전모드가 난방전용 외에, 급탕과 난방 겸용으로도 운전이 가능토록 한 것이다.
3. 냉방운전.
본 발명의 냉방 운전 모드는 크게 난방 운전과 마찬가지로 3가지 열교환 방식이 있을 수 있다. 즉, 1) 수냉식 열교환기(22) 전용 운전, 2) 공랭식 열교환기(23) 전용 운전, 3) 수냉식 및 공랭식 열교환기(23) 하이브리드 운전으로 구분할 수 있다.
냉방 가동 조건에 있어 수냉식 열교환기(22)(냉매/물)는 증발기로 동작하도록 4방밸브(26)가 작동하며 이때 콤비형 축열조(40)(냉방용으로 사용되는 축열조), 급탕축열 열교환기(24)가 동시에 회로를 구성하며 증발열에너지(냉수)를 저장한다.
열원으로는 공랭식 열교환기(23)(응축기로 동작함) 단독으로 에너지를 공급하게 된다. 통상 하절기 냉방조건에서 PVT 집열기(10)의 집열에너지는 불필요하여 에너지를 공급하지 않는다.
즉, 본 발명의 상기 냉방운전모드는 멀티열원 히트펌프(20)와 연결된 PVT 집열기(10)가 3방밸브(V2)를 통해 급탕용 축열조(30)로만 연결되도록 하여, 태양열 축열모드의 사용이 가능토록 하는 것으로,
상기 수냉식 열교환기(22)와 공랭식 열교환기(23) 중, 수냉식 열교환기(22)는 증발기로 작동되고, 상기 공랭식 열교환기(23)는 응축기로 사용되어 단독으로 열원을 제공하도록 구동됨으로써, 상기 공랭식 열교환기(23)의 냉방 열원이 콤비형 축열조(40)에 전달되어, 사용처에 냉방수가 제공되도록 하는 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 집열기 20: 멀티열원 히트펌프
21: 압축기 22: 수냉식 열교환기
23: 공랭식 열교환기 24: 급탕축열 열교환기
25: 팽창밸브 26: 4방밸브
30: 급탕용 축열조 31: 상단열교환기
32: 하단열교환기 40: 콤비용 축열조
P: 펌프 V1, V2: 3방밸브

Claims (6)

  1. 태양에너지를 통해 전력과 열에너지를 생산하며, 생산된 전력은 전력사용처에 사용하는 PVT 집열기(10);
    상기 PVT 집열기(10)와 연결되며, 압축기(21), 응축기, 팽창밸브(25), 증발기 순으로 냉매가 순환유동되되, PVT 집열기(10)의 열에너지를 열원으로 이용하는 수냉식 열교환기(22) 및 공기열원을 이용하는 공랭식 열교환기(23)가 직렬로 연결된 구조를 가지면서, 냉매순환방향에 따라 응축기 또는 증발기로 전환사용되어, 난방운전모드 또는 냉방운전모드로 구동되는, 냉방/난방운전모드 전환시 냉매의 이동제어를 위한 4방밸브(26)가 설치되어 있는 멀티열원 히트펌프(20);
    상기 PVT 집열기(10) 및 멀티열원 히트펌프(20)와 3방밸브(V1)로 연결되어, 제공받는 열에너지를 통해 사용처에 급탕을 제공하기 위한 급탕용 축열조(30);
    상기 멀티열원 히트펌프(20) 및 급탕용 축열조(30)와 연결되어 있으며, 상기 멀티열원 히트펌프(20)의 공기열원을 통해, 하절기에는 사용처에 냉방수를 제공하고, 동절기에는 사용처에 난방수를 제공하기 위한 콤비형 축열조(40); 로 구성되어,
    급탕운전모드, 난방운전모드, 냉방운전모드의 선택적 운전이 가능토록 하는 것을 특징으로 하는 PVT 및 공기열원 히트펌프 연계 냉난방 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 급탕운전모드는
    상기 멀티열원 히트펌프(20)가 비구동인 상태에서, 상기 PVT 집열기(10)의 열에너지가 급탕용 축열조(30) 내부의 상단열교환기(31)에 전달되어, 사용처에 급탕이 제공될 수 있도록 하는 태양열 축열모드;
    상기 멀티열원 히트펌프(20)가 난방운전모드로 구동된 상태에서, 멀티열원 히트펌프(20)의 열원이 급탕용 축열조(30) 내부의 하단열교환기(32)에 전달되어, 사용처에 급탕이 제공될 수 있도록 하는 히트펌프 축열모드;
    로 구동가능한 것을 특징으로 하는 PVT 및 공기열원 히트펌프 연계 냉난방 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 난방운전모드는
    상기 PVT 집열기(10)의 열원이 멀티열원 히트펌프(20)를 통해 콤비형 축열조(40)에 전달되어, 사용처에 난방수가 제공되도록 하되,
    상기 멀티열원 히트펌프(20)는, 수냉식 열교환기(22)과 공랭식 열교환기(23) 중에서 수냉식 열교환기(22)만 전용으로 사용되는 제 1경우, 공랭식 열교환기(23)만 전용으로 사용되는 제 2경우, 수냉식 열교환기(22)와 공랭식 열교환기(23)가 동시에 사용되는 제 3경우 중 하나로 구동되는 것을 특징으로 하는 PVT 및 공기열원 히트펌프 연계 냉난방 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 난방운전모드에서
    상기 콤비형 축열조(40)에 전달되는 열원은, 콤비형 축열조(40)에 전달되기 전에 급탕용 축열조(30) 내부의 하단열교환기(32)에 열원을 전달하여, 사용처에 급탕이 제공될 수 있도록 하는 히트펌프 축열모드에도 사용되도록 함으로써,
    난방운전모드가 난방전용 외에, 급탕과 난방 겸용으로도 운전이 가능토록 하는 것을 특징으로 하는 PVT 및 공기열원 히트펌프 연계 냉난방 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 냉방운전모드는
    상기 멀티열원 히트펌프(20)와 연결된 PVT 집열기(10)가 3방밸브(V2)를 통해 급탕용 축열조(30)로만 연결되도록 하여, 태양열 축열모드의 사용이 가능토록 하며,
    상기 수냉식 열교환기(22)와 공랭식 열교환기(23) 중, 수냉식 열교환기(22)는 증발기로 작동되고, 상기 공랭식 열교환기(23)는 응축기로 사용되어 단독으로 열원을 제공하도록 구동됨으로써, 상기 공랭식 열교환기(23)의 냉방 열원이 콤비형 축열조(40)에 전달되어, 사용처에 냉방수가 제공되도록 하는 것을 특징으로 하는 PVT 및 공기열원 히트펌프 연계 냉난방 시스템.
  6. 제 1항에 잇어서,
    상기 멀티열원 히트펌프(20)는
    냉매 압축을 위한 압축기(21);
    상기 PVT 집열기(10)의 열에너지를 전달받는 수냉식 열교환기(22);
    상기 공랭식 열교환기(23)와 직렬로 연결되는 공랭식 열교환기(23);
    멀티열원 히트펌프(20)의 열원을 급탕용 축열조(30) 또는 콤비형 축열조(40)에 전달하는 급탕축열 열교환기(24);
    상기 수냉식 열교환기(22)와 급탕축열 열교환기(24) 사이에 설치되는 팽창밸브(25);
    냉방/난방운전모드 전환시 냉매의 이동제어를 위해, 압축기(21)의 양단 및 공랭식 열교환기(23)와 급탕축열 열교환기(24)와 연결되는 4방밸브(26);
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 PVT 및 공기열원 히트펌프 연계 냉난방 시스템.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20250089019A (ko) 2023-12-11 2025-06-18 구자학 태양열과 대기열 통합형 열-전 에너지 공급 시스템

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101579004B1 (ko) * 2014-07-23 2015-12-18 주식회사 우신산업 태양열 발전시스템
KR20170033469A (ko) * 2015-09-16 2017-03-27 주식회사 탑솔 태양열, 지열 또는 외부공기열원으로 이루어진 3중 융합 열에너지를 선택적으로 활용한 냉난방시스템 및 이를 이용한 제어방법
KR20170052780A (ko) * 2015-11-04 2017-05-15 주식회사 탑솔 태양열 및 공기열 복합집열기에 의한 하이브리드 히트펌프 시스템
KR20200032345A (ko) * 2018-09-18 2020-03-26 주식회사 탑솔 Pvt 집열기 연계 태양열 히트펌프 시스템
KR102179927B1 (ko) * 2020-01-20 2020-11-24 (주)이맥스시스템 Pvt 냉난방 시스템
KR102286806B1 (ko) 2021-03-08 2021-08-06 서복상 에탄올 중간열교환기를 가지는 다중열원 히트펌프 시스템

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101579004B1 (ko) * 2014-07-23 2015-12-18 주식회사 우신산업 태양열 발전시스템
KR20170033469A (ko) * 2015-09-16 2017-03-27 주식회사 탑솔 태양열, 지열 또는 외부공기열원으로 이루어진 3중 융합 열에너지를 선택적으로 활용한 냉난방시스템 및 이를 이용한 제어방법
KR20170052780A (ko) * 2015-11-04 2017-05-15 주식회사 탑솔 태양열 및 공기열 복합집열기에 의한 하이브리드 히트펌프 시스템
KR20200032345A (ko) * 2018-09-18 2020-03-26 주식회사 탑솔 Pvt 집열기 연계 태양열 히트펌프 시스템
KR102179927B1 (ko) * 2020-01-20 2020-11-24 (주)이맥스시스템 Pvt 냉난방 시스템
KR102286806B1 (ko) 2021-03-08 2021-08-06 서복상 에탄올 중간열교환기를 가지는 다중열원 히트펌프 시스템

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20250089019A (ko) 2023-12-11 2025-06-18 구자학 태양열과 대기열 통합형 열-전 에너지 공급 시스템

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