KR20040049212A - Heat pump system using a mixed heat source - Google Patents
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Abstract
지중열과 하수열을 열원으로 사용하여 냉난방을 할 수 있도록, 지중에 설치되어 지중의 열을 흡수하는 열전달 유체를 갖는 지열교환기;A geothermal heat exchanger having a heat transfer fluid installed in the ground to absorb the heat of the ground so as to perform cooling and heating by using the ground heat and the sewage heat as heat sources;
생활하수나 오폐수에 포함된 열원을 수집할 수 있도록 구성되고, 상기 지열교환기의 열전달 유체를 선택적으로 공유하는 관로 연결을 이루고 있는 하수열교환기;A sewage heat exchanger configured to collect a heat source included in domestic sewage or waste water, and comprising a pipe connection selectively sharing the heat transfer fluid of the geothermal heat exchanger;
상기 지열교환기 및/또는 하수열교환기로부터 축열된 열전달유체를 저장하여 펌프 작동시 열전달 유체를 공급받아 이 열전달 유체와 열교환을 행하고 열교환된 열에너지를 사용처로 공급하는 히트펌프;A heat pump that stores heat transfer fluid regenerated from the geothermal heat exchanger and / or sewage heat exchanger, receives a heat transfer fluid when the pump is operated, performs heat exchange with the heat transfer fluid, and supplies heat exchanged heat energy to a place of use;
상기 2개의 열교환기를 선택적으로 또는 동시에 사용할 수 있도록 하는 제어수단을 포함하는 복합열원을 이용한 히트펌프시스템을 제공한다.Provided is a heat pump system using a complex heat source comprising control means for allowing the two heat exchangers to be used selectively or simultaneously.
Description
본 발명은 히트펌프시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지중열과 하수열을 열원으로 사용하여 냉난방을 할 수 있도록 이루어진 지열, 하수열의 복합열원을 이용한 히트펌프시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a heat pump system, and more particularly, to a heat pump system using a combined heat source of geothermal and sewage heat that can be cooled by heating the ground heat and sewage heat as a heat source.
일반적으로 가정용이나 산업용으로 사용되는 에너지원으로서 석탄, 석유, 천연가스 등과 같은 화석 연료를 이용하거나, 또는 핵연료를 이용하는 경우가 대부분이다.Generally, fossil fuels such as coal, petroleum, natural gas, or nuclear fuel are used as energy sources used for home and industrial purposes.
그러나 화석 연료는 연소과정에서 발생하는 각종 공해물질로 인하여 환경을오염시키고, 핵연료는 수질오염 및 방사능과 같은 유해물질을 발생시키는 단점과 함께 이들 에너지원은 매장량의 한계가 있으므로, 근래에는 이를 대신할 수 있는 대체에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다.However, fossil fuels pollute the environment due to various pollutants generated in the combustion process, and nuclear fuels generate harmful substances such as water pollution and radioactivity, and these energy sources have limited reserves. Alternative energy development is actively underway.
이러한 대체에너지 중에서도 풍력, 태양열, 지열, 하수열 등과 같은 자연에너지에 관한 연구가 오래전부터 진행되고 있는데, 이들 자연에너지는 환경오염과 기후변화에 거의 영향을 미치지 않으면서 무한한 에너지를 얻을 수 있는 장점이 있는 반면, 에너지 밀도가 낮은 결점으로 인하여 그 밀도를 높여 이용가능한 형태로 변환하는 것이 자연에너지 기술개발의 핵심관건이라 할 수 있다.Among these alternative energies, researches on natural energy such as wind, solar, geothermal and sewage heat have been conducted for a long time. These natural energy have the advantage of obtaining infinite energy with little effect on environmental pollution and climate change. On the other hand, due to the defect of low energy density, increasing the density and converting it into a usable form is a key factor in the development of natural energy technology.
이러한 자연에너지 기술중의 하나로 각광받고 있는 것이 지열을 열원으로 이용하여 냉난방을 행하는 히프펌프시스템이 알려져 있는데, 이것은 지중의 열을 회수하거나 지중으로 열을 배출할 수 있도록 열교환기를 설치하여 냉난방을 행하는 기술이다.One of such natural energy technologies is known as a bottom pump system that performs cooling and heating using geothermal heat as a heat source. This is a technology for cooling and heating by installing a heat exchanger to recover heat from the ground or discharge heat into the ground. to be.
지열원은 지하수, 지표수, 지중에 존재하는 것으로 지중온도는 지하5m 이하의 경우 연중 10~20℃로 거의 일정하게 나타나고 있으며, 이러한 온도범위는 냉난방을 위한 히트펌프의 열원으로 매우 적합한 것으로 여러 나라에서 지열을 이용한 히프펌프시스템을 많이 사용하고 있다.Geothermal sources are present in groundwater, surface water, and ground. Underground temperature is below 10m, almost 10 ~ 20 ℃ per year. This temperature range is very suitable as a heat source for heat pump for heating and cooling. Geothermal heat pump system is widely used.
대부분의 경우 히트펌프의 열원으로는 에어컨과 같이 대기중에서 열을 얻거나 열을 배출하는 공기열원방식, 냉각탑을 통해 열을 배출하는 수열원방식 등이 사용된다. 지열원을 이용하면 공기열원과 비교할 때 에너지 효율이 매우 높아지는 장점이 있다.In most cases, the heat source of the heat pump is an air heat source method that obtains heat or discharges heat in the air, such as an air conditioner, and a heat source method that discharges heat through a cooling tower. The use of geothermal sources has the advantage that the energy efficiency is very high compared to air heat sources.
따라서 여름철에 냉방을 하는 경우 공기열원의 온도는 30℃이상으로 냉방열을 배출하기 어려운 반면 지중열원은 10~20℃로 낮아 원활하게 열을 배출함으로써 높은 효율을 나타내게 된다.Therefore, in the case of cooling in summer, the temperature of the air heat source is difficult to discharge the cooling heat to more than 30 ℃ while the ground heat source is low to 10 ~ 20 ℃ to exhibit a high efficiency by smoothly discharging the heat.
반대로 겨울철에 난방을 하는 경우 공기열원은 최하 -20℃의 온도로 난방에 필요한 열을 공급하기 어려운 반면, 지중열원은 10~20℃로 높아 안정적으로 난방열을 히트펌프에 공급할 수 있다.On the contrary, in the case of heating in winter, the air heat source is difficult to supply the heat required for heating at the lowest temperature of -20 ° C, while the underground heat source is 10 to 20 ° C, which can stably supply the heating heat to the heat pump.
히트펌프의 난방시 에너지효율은 3~4정도로 보일러의 에너지효율 0.8~0.9에 비해 3~4배 이상 높아 에너지 절약에 큰 도움이 된다.When heating the heat pump, the energy efficiency is about 3 ~ 4, which is more than 3 ~ 4 times higher than the boiler's energy efficiency of 0.8 ~ 0.9.
이와 같이 지열을 이용한 히트펌프시스템은 자연에너지를 이용한 모든 냉난방기술 중에서 에너지효율이 가장 높은 것으로 알려져 있으며, 따라서 에너지자원이 부족하고 에너지비용이 높은 상황에서 반드시 필요한 기술이라 할 수 있다.The heat pump system using geothermal heat is known to have the highest energy efficiency among all the heating and cooling technologies using natural energy. Therefore, the heat pump system using geothermal energy is a necessary technology in a situation where energy resources are low and energy costs are high.
한편, 자연에너지를 이용한 냉난방장치 중에서 도시지역에서 배출되는 하수의 폐열을 이용한 것이 알려져 있는데, 이러한 하수열은 여름에는 약 20~25℃, 겨울에는 약 15~20℃의 범위를 나타내며, 양이 많을 뿐만 아니라 겨울에는 온도가 높고 여름에는 시원한 특성을 지니고 있다.On the other hand, it is known to use the waste heat of the sewage discharged from the urban area among the air-conditioning system using the natural energy, such sewage heat is in the range of about 20 ~ 25 ℃ in summer, about 15 ~ 20 ℃ in winter, the amount of In addition, the temperature is high in winter and cool in summer.
이에 따라 근래에는 하수처리장에 하수열을 이용한 히트펌프 냉난방 설비를 설치하거나, 목욕탕의 하수폐열로 히트펌프를 가동하여 온수를 생산하는데 활용하고 있다. 이러한 오폐수의 열원활용은 미활용 에너지의 재활용이란 측면에서 매우 가치있는 것이며 에너지비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.Accordingly, in recent years, a heat pump air-conditioning facility using sewage heat is installed in a sewage treatment plant, or a heat pump is operated by waste heat of sewage in a bathroom to produce hot water. The heat source utilization of waste water is very valuable in terms of recycling unused energy and can reduce energy costs.
그러나 하수처리장이 주거지에서 멀리 떨어지거나 혹은 하수열원의 안정성이부족한 관계로 적절한 활용방안을 찾지 못해 활용되지 못하는 하수열이 거의 대부분이다.However, most sewage heat cannot be utilized because the sewage treatment plant is far away from the residential area or the stability of the sewage heat source is insufficient.
따라서 하수열을 보다 적극적으로 활용할 수 있는 연구가 진행되고 있는데, 특히 아파트 단지의 경우 다량의 생활하수를 배출하므로 폐열회수를 통해 에너지의 절약효과를 거둘 수 있다.Therefore, researches that can utilize sewage heat more actively are being conducted. Especially, apartment complexes emit a large amount of sewage, which can save energy through waste heat recovery.
이처럼 지열과 하수열을 히트펌프의 열원으로 사용할 경우 에너지절약에 큰 기여를 할 수 있으므로 각각의 단점을 보완할 수 있도록 복합적으로 사용하는 방법이 필요하다.If geothermal and sewage heat are used as the heat source of the heat pump, they can make a great contribution to energy saving, so a complex method is needed to make up for the shortcomings.
이와 같은 지열을 이용한 냉난방시스템은 상기한 장점에 반해 단점도 있는 데 가장 대표적인 것이 지열교환기를 설치하기 위한 초기설치비가 다른 냉난방시스템에 비해 상당히 높고, 또 열효율이 낮은 단점이 있다.Such a geothermal heating and cooling system has a drawback in contrast to the above advantages, the most representative one is that the initial installation cost for installing the geothermal heat exchanger is significantly higher than other cooling and heating system, and also has a disadvantage of low thermal efficiency.
따라서 열효율을 높이기 위하여 보일러나 냉각탑을 별도로 설치하여 보조열원으로 이용하는 경우가 많다.Therefore, in order to increase thermal efficiency, boilers or cooling towers are often installed separately and used as auxiliary heat sources.
그러나, 이와 같은 종래의 지열냉난방장치는 보조열원을 설치한 후, 이 보조열원을 화석연료 에너지나 전기에너지를 이용하여 작동하여야 하므로 냉난방시스템을 운용하는데 별도의 비용이 더 소요되는 문제점이 있다.However, such a conventional geothermal heating and cooling device has a problem that additional cost is required to operate the cooling and heating system since the auxiliary heat source must be operated by using fossil fuel energy or electric energy after installing the auxiliary heat source.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 주열원으로 지중열을 이용하고, 보조열원으로 하수열을 이용하여 냉난방시스템의 유지비용을 절약하여 경제성을 높일 수 있는 지열, 하수열의 복합열원을 이용한 히트펌프시스템을 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, the object of the present invention is to use the ground heat as the main heat source, the sewage heat as an auxiliary heat source to save the maintenance cost of the cooling and heating system economical It is to provide a heat pump system using a complex heat source of geothermal and sewage heat.
도 1은 본 발명에 따른 복합열원을 이용한 히트펌프시스템의 전체 구성도.1 is an overall configuration diagram of a heat pump system using a complex heat source according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 히트펌프시스템의 난방 가동시 열순환계의 흐름을 도시한 도면.2 is a view showing the flow of the heat circulation system during heating operation of the heat pump system according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 복합열원을 이용한 히트펌프시스템의 냉방 가동시 열순환계의 흐름을 도시한 도면.Figure 3 is a view showing the flow of the heat circulation system during the cooling operation of the heat pump system using a complex heat source according to the present invention.
본 발명이 제안하는 지열, 하수열의 복합열원을 이용한 히트펌프시스템은, 지중에 설치되어 지중의 열을 흡수하는 열전달 유체를 갖는 지열교환기;The heat pump system using the combined heat source of geothermal and sewage heat proposed by the present invention, the geothermal heat exchanger having a heat transfer fluid is installed in the ground to absorb the heat of the ground;
생활하수나 오폐수에 포함된 열원을 수집할 수 있도록 구성되고, 상기 지열교환기의 열전달 유체를 선택적으로 공유하는 관로 연결을 이루고 있는 하수열교환기;A sewage heat exchanger configured to collect a heat source included in domestic sewage or waste water, and comprising a pipe connection selectively sharing the heat transfer fluid of the geothermal heat exchanger;
상기 지열교환기 및/또는 하수열교환기로부터 축열된 열전달유체를 저장하여 펌프 작동시 열전달 유체를 공급받아 이 열전달 유체와 열교환을 행하고 열교환된 열에너지를 사용처로 공급하는 히트펌프;A heat pump that stores heat transfer fluid regenerated from the geothermal heat exchanger and / or sewage heat exchanger, receives a heat transfer fluid when the pump is operated, performs heat exchange with the heat transfer fluid, and supplies heat exchanged heat energy to a place of use;
상기 2개의 열교환기를 선택적으로 또는 동시에 사용할 수 있도록 하는 제어수단을 포함하는 복합열원을 이용한 히트펌프시스템을 제공한다.Provided is a heat pump system using a complex heat source comprising control means for allowing the two heat exchangers to be used selectively or simultaneously.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail.
도 1은 본 발명에 따른 복합열원을 이용한 히트펌프시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 히트펌프시스템의 난방 가동시 열전달 유체의 흐름을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 히트펌프시스템의 냉방 가동시 열전달 유체의 흐름을 나타낸 도면이다.1 is a view for explaining a heat pump system using a complex heat source according to the present invention, Figure 2 is a view showing the flow of heat transfer fluid during heating operation of the heat pump system of the present invention, Figure 3 is a view of the present invention A diagram showing the flow of heat transfer fluid during cooling operation of a heat pump system.
본 발명에 의한 지열, 하수열의 복합열원을 이용한 히트펌프시스템은, 열전달 유체가 흐르는 관로가 지하에 매립 설치되어 지중에 있는 지열과 열교환을 행하는 주 열교환기(10)와, 상기 주 열교환기(10)의 열교환 능력이 저하되는 경우 보조적으로 열에너지를 공급하는 보조 열교환기(20)와, 상기 주 열교환기(10) 또는 보조 열교환기(20)와 열교환을 행하거나 이들 열교환기와 동시에 열교환을 하여 열에너지를 실내의 냉방 및 난방에 이용할 수 있도록 하는 히트펌프(30)를 포함한다.The heat pump system using a mixed heat source of geothermal and sewage heat according to the present invention includes a main heat exchanger (10) and a main heat exchanger (10) for performing heat exchange with geothermal heat in a ground where a pipeline through which heat transfer fluid flows is buried underground. When the heat exchange capacity of the heat exchange capacity is lowered, the secondary heat exchanger 20 and the main heat exchanger 10 or the secondary heat exchanger 20 to heat the secondary heat exchanger 20 or the heat exchanger at the same time with the heat exchanger It includes a heat pump 30 to be used for cooling and heating the room.
상기 주 열교환기 및 보조 열교환기(10)(20)는 잘 알려진 구조의 것이나 이와 유사한 구조의 열교환기가 사용될 수 있으며, 열전달 유체의 원활한 흐름을 위하여 히트펌프(30)와의 사이에 펌프(P)가 설치된다.The main heat exchanger and the secondary heat exchanger (10) (20) of the well-known structure or a similar heat exchanger may be used, the pump (P) between the heat pump 30 for the smooth flow of the heat transfer fluid Is installed.
실질적으로 상기 주 열교환기(10)로는 지열교환기가 사용될 수 있으며, 보조열교환기(20)로는 생활하수나 오폐수에 포함된 열원을 수집하고, 이 열원으로 열전달유체를 냉각 또는 가열하여 냉난방을 할 수 있도록 이루어진 하수열교환기가 사용될 수 있다. 이하에서는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 주 열교환기는 지열교환기로 칭하고, 보조 열교환기는 하수열교환기로 칭한다.Substantially, the geothermal heat exchanger may be used as the main heat exchanger 10, and the subsidiary heat exchanger 20 may collect heat sources included in domestic sewage or wastewater, and may cool and heat the heat transfer fluid by cooling or heating the heat transfer fluid. The sewage heat exchanger can be used. Hereinafter, the main heat exchanger will be referred to as a geothermal heat exchanger, and the auxiliary heat exchanger will be referred to as a sewage heat exchanger for better understanding of the present invention.
상기 지열교환기(10)와 하수열교환기(20)는 직렬 또는 병렬구조로 관로에 의해 연결할 수 있으며, 어떠한 방식이든지 이들 열교환기(10)(20)의 출구측은 열에너지 저장부(40)와 관로(12)(22)로 연결되어 열에너지를 축적할 수 있도록 구성할 수 있다.The geothermal heat exchanger 10 and the sewage heat exchanger 20 may be connected in series or parallel structure by a conduit, and in any manner, the outlet side of these heat exchangers 10 and 20 may be a heat energy storage unit 40 and a conduit ( 12) (22) can be configured to accumulate thermal energy.
상기 열에너지 저장부(40)로 공급되는 지열교환기(10) 및 하수열교환기(20)의 열전달유체는 어느 하나의 열교환기로부터 오는 유체이던가 아니면 양쪽 모두에서 오는 열전달 유체로서, 상기 히트펌프(30)에서 열교환이 행하여진 후 지열교환기(10) 또는/및 하수열교환기(20)로 관로(13)(23)를 통하여 리턴하므로서 열전달유체가 순환할 수 있는 시스템을 이루고 있다.The heat transfer fluid of the geothermal heat exchanger 10 and the sewage heat exchanger 20 supplied to the heat energy storage unit 40 is a heat transfer fluid coming from either one of the heat exchangers or both, and the heat pump 30. After the heat exchange is performed in the geothermal heat exchanger (10) and / and the sewage heat exchanger (20) through the pipe (13, 23) to form a system that the heat transfer fluid can circulate.
실질적으로 상기 히트펌프(30)에서 열교환이 행하여진 열전달 유체는 분배기 (50)에서 나뉘어져 관로(13)를 통하여 지열교환기(10)로 리턴하거나, 또는 다른 관로(23)를 통하여 하수열교환기(20)로 리턴할 수 있는 시스템이다.Subsequently, the heat transfer fluid heat-exchanged in the heat pump 30 is divided in the distributor 50 and returned to the geothermal heat exchanger 10 through the conduit 13 or the sewage heat exchanger 20 through the other conduit 23. Is a system that can return
상기 분배기(50)는 제어부(60)와 전기적으로 연결되어 제어될 수 있는 구조를 갖고 있는데, 본 실시예에서는 지열교환기(10)의 열교환능력을 감지하는 센서(S1)와 하수열교환기(20)의 열교환능력을 감지하는 센서(S2)로부터 전달되는 신호를 비교하여 어느 일측의 관로(13)(23)를 차단하거나 개폐하여 열전달유체의 흐름량을 조절하도록 구성하고 있다. 이와 같은 분배기(50)는 통상적으로 사용되는 전자제어형 가변식 분류밸브나 이와 유사한 기능의 밸브류가 사용될 수 있다.The distributor 50 has a structure that can be controlled electrically connected to the control unit 60, in this embodiment, the sensor (S1) and the sewage heat exchanger 20 for detecting the heat exchange capacity of the geothermal heat exchanger (10). Comparing the signal transmitted from the sensor (S2) for detecting the heat exchange ability of the one of the conduit 13, 23 is blocked or opened to configure the flow rate of the heat transfer fluid. Such a distributor 50 may be a commonly used electronically controlled variable flow valve or a valve of a similar function.
또한 상기 제어부(60)는 히트펌프(30) 측에 설치되어 열용량을 감지하기 위한 센서(S3)와 연결된다. 이들 센서(S1)(S2)(S3)는 온도감지 센서나 열감지형 센서등이 사용될 수 있다.In addition, the control unit 60 is installed on the heat pump 30 side is connected to the sensor (S3) for detecting the heat capacity. These sensors S1, S2, and S3 may be used as a temperature sensor or a heat sensor.
상기 지열교환기(10)는 폴리에틸렌 파이프 또는 열전도율이 높은 재질의 열교환 파이프를 지중에 매설하는 방식으로 설치되며, 지열을 회수할 수 있도록 그 내부에는 열전달 유체가 충진된 구조로 이루어질 수 있다.The geothermal heat exchanger 10 is installed by embedding a polyethylene pipe or a heat exchange pipe made of a material having high thermal conductivity in the ground, and the geothermal heat exchanger 10 may have a structure filled with a heat transfer fluid therein to recover the geothermal heat.
상기 하수열교환기(20)는 생활하수나 오폐수가 담겨진 곳에 열전달유체가 충진된 매체를 침지시켜, 생활하수나 오폐수가 갖고있는 열원을 열전달유체가 수집하고 이 열에너지로 냉난방을 할 수 있도록 이루어진 것으로서, 통상적으로 사용되는 것이므로 상세한 설명은 생략한다.The sewage heat exchanger (20) is immersed in a medium filled with a heat transfer fluid in a place containing domestic sewage or waste water, so that the heat transfer fluid collects a heat source having the living sewage or waste water and is capable of cooling and heating with this heat energy. Since it is commonly used, a detailed description thereof will be omitted.
상기 히트펌프(30)는 지열교환기(10) 및 하수열교환기(20)로부터 전달되는 열전달 유체와 열교환을 이루기 위하여, 냉난방 모드 변환에 따라서 증발기와 응축기 또는 응축기와 증발기의 역할을 수행하는 제1열교환수단(32) 및 제2열교환수단 (34)과, 이들 제1,제2열교환수단(32)(34)의 순환관로 사이에 각각 연결되는 압축기 (36)와 팽창밸브(38)로 구성된다.The heat pump 30 performs a role of an evaporator and a condenser or a condenser and an evaporator in accordance with a heating / cooling mode conversion to achieve heat exchange with the heat transfer fluid transferred from the geothermal heat exchanger 10 and the sewage heat exchanger 20. A compressor (36) and an expansion valve (38) connected between the means (32) and the second heat exchange means (34) and the circulation conduits of these first and second heat exchange means (32) (34), respectively.
냉난방 모드는 압축기(36)에서 고온 고압으로 압축된 냉매의 흐름방향을 변환하는 것으로 실현될 수 있다. 이와 같은 모드변환수단은 일반적으로 잘 알려진 로터리 밸브가 설치됨으로서 실현 가능하다.The cooling and heating mode can be realized by converting the flow direction of the refrigerant compressed to high temperature and high pressure in the compressor 36. Such mode switching means can be realized by installing generally well-known rotary valves.
도면중 미설명 부호 V1,V2,V3,V4,V5는 상기 제어부(60)에 의해 개폐가 제어되는 밸브들을 지칭한다.In the drawings, reference numerals V1, V2, V3, V4, and V5 refer to valves whose opening and closing are controlled by the controller 60.
이와 같이 이루어지는 본 실시예의 복합열원을 이용한 히트펌프시스템의 냉난방 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the cooling and heating action of the heat pump system using the composite heat source of the present embodiment as described above is as follows.
먼저 난방모드가 선택되면, 지열교환기(10) 및 하수열교환기(20)에서 지열과 하수열을 각각 흡수한 열전달 유체는 저장부(40)에 축열상태로 저장되고 있다가 펌프(P)가 구동을 시작하면서 히트펌프(30) 측으로 이동하면서 제1열교환수단(32)으로 이동하게 된다. 이 상태에서는 밸브(V1,V4)는 차단상태로 제어되고 밸브(V2,V5)는 개방상태로 제어된다.First, when the heating mode is selected, the heat transfer fluid absorbing the geothermal and sewage heat in the geothermal heat exchanger 10 and the sewage heat exchanger 20 is stored in the storage unit 40 in the heat storage state, and then the pump P is driven. While starting to move to the heat pump 30 side is moved to the first heat exchange means (32). In this state, the valves V1 and V4 are controlled to the shut-off state and the valves V2 and V5 are controlled to the open state.
이 모드에서는 압축기(36)가 구동하면서 도 2에 표시한 바와 같이 압축된 냉매는 제2열교환수단(34) - 팽챙밸브(38) - 제1열교환수단(32) - 압축기(36)를 경유하면서 순환하게 된다.In this mode, the compressor 36 is driven and the refrigerant compressed as shown in FIG. 2 passes through the second heat exchange means 34-the swelling valve 38-the first heat exchange means 32-the compressor 36. It will cycle.
이와 같이 냉매가 순환하는 동안에 상기 펌프(P)로부터 공급되는 열전달 유체는 상기 제1열교환수단(32)을 통과하게 되므로 이곳에서 열교환이 이루어진다.As such, the heat transfer fluid supplied from the pump P passes through the first heat exchange means 32 while the refrigerant circulates, and thus heat exchange occurs here.
이때 열전달 유체가 갖고 있는 열에너지를 저압 저온의 냉매가 빼앗아 가게 된다.At this time, the low-temperature low-temperature refrigerant takes away the heat energy of the heat transfer fluid.
그리고 열전달 유체로부터 열에너지를 빼앗은 냉매는 압축기(36)에서 고온 고압으로 압축되어 제2열교환수단(34)으로 이동하게 되고, 이 제2열교환수단(34)으로 이동한 고온 고압의 냉매는 팬 유닛(미도시)에 의해 대기로 열을 방출하게 된다. 이 방출된 열은 별도의 덕트나 관로를 따라 이동하면서 건물 내부를 난방하게 된다.In addition, the refrigerant having the heat energy from the heat transfer fluid is compressed to high temperature and high pressure in the compressor 36 and moved to the second heat exchange means 34. The high temperature and high pressure refrigerant transferred to the second heat exchange means 34 is a fan unit ( (Not shown) to release heat to the atmosphere. The released heat travels along a separate duct or pipeline, heating the interior of the building.
그리고 제1열교환수단(32)에서 열에너지를 빼앗긴 열전달 유체는 분배기(50)를 통하여 각각 관로(13)(23)를 따라 지열교환기(10) 및 태양열교환기(20)로 유입되어 위의 작용을 반복하게 되는데, 이러한 난방작용은 통상적인 지열교환기의 난방작용과 동일한 것이다.The heat transfer fluid deprived of the heat energy from the first heat exchange means 32 is introduced into the geothermal heat exchanger 10 and the solar heat exchanger 20 along the conduits 13 and 23 through the distributor 50 and repeats the above operation. This heating action is the same as that of a conventional geothermal heat exchanger.
이러한 작용이 반복되면, 지열교환기(10)와 하수열교환기(20)의 열용량이 저하되므로 이때 센서(S1)(S2)가 각각의 열용량을 감지하여 제어부(60)로 그 신호를 보내게 되고, 또 다른 센서(S3)는 히트펌프(30)의 열교환 능력을 감지하여 제어부(60)로 보내게 된다.If this action is repeated, since the heat capacity of the geothermal heat exchanger 10 and the sewage heat exchanger 20 is lowered at this time, the sensor (S1) (S2) detects each heat capacity and sends a signal to the control unit 60, Another sensor S3 detects the heat exchange capacity of the heat pump 30 and sends it to the controller 60.
상기 센서(S3)는 제1열교환수단(32)으로 유입되는 열전달 유체의 입구측 온도와 출구측 온도의 차이를 감지함으로서 열교환 능력을 판단할 수 있다.The sensor S3 may determine a heat exchange capability by detecting a difference between an inlet side temperature and an outlet side temperature of the heat transfer fluid flowing into the first heat exchange unit 32.
이와 같은 신호가 입력되면 제어부(60)는 분배기(50)를 제어하여 관로(13)(23)를 통하여 열전달 유체의 양을 균일하게 리턴시킬 것인가, 아니면 어느 일측의 관로를 차단할 것인가, 아니면 어느 일측의 관로로 흐르는 열전달 유체의 양을 줄일 것인가 등을 결정한다.When such a signal is input, the controller 60 controls the distributor 50 to uniformly return the amount of heat transfer fluid through the conduits 13 and 23, or which one of the conduits is to be blocked, or which one Decide whether to reduce the amount of heat transfer fluid flowing into the pipeline.
이러한 분배기(50)의 제어는 지열교환기(10)와 하수열교환기(20)의 열용량 감소에 따른 적절한 보상을 위하여 필요하다.The control of this distributor 50 is necessary for proper compensation as the heat capacity of the geothermal heat exchanger 10 and sewage heat exchanger 20 is reduced.
실질적으로 지열교환기(10)의 난방능력이 저하되는 것으로 나타나면, 제어부 (60)는 밸브(V2,V5)의 개구정도를 줄이거나 완전히 차단하면서 밸브(V1,V4)의 개구를 열어서 펌프(P) 구동시 하수열교환기(20)에서 가열된 열전달 유체가 제1 열교환수단(32)으로 전달되도록 한다. 그러면 지열교환기(10)에 의해 저하되었던 난방능력이 다시 향상될 수 있다.If the heating capacity of the geothermal heat exchanger 10 appears to be substantially lowered, the controller 60 opens the openings of the valves V1 and V4 while reducing or completely closing the openings of the valves V2 and V5, thereby opening the pump P. In operation, the heat transfer fluid heated in the sewage heat exchanger 20 is transferred to the first heat exchange means 32. Then, the heating capacity that has been degraded by the geothermal heat exchanger 10 may be improved again.
그리고 냉방모드가 선택되면, 압축기(36)로부터 토출되는 냉매의 흐름방향이 난방시와는 반대가 되어, 도 3에 도시하고 있는 바와 같이 제1열교환수단(32) - 팽챙밸브(38) - 제2열교환수단(34) - 압축기(36)의 경로를 거치면서 순환하게 된다.When the cooling mode is selected, the flow direction of the refrigerant discharged from the compressor 36 becomes opposite to that of heating, and as shown in FIG. 3, the first heat exchange means 32-swelling valve 38-first Two heat exchange means 34-circulation through the path of the compressor (36).
즉, 난방때와는 달리 기능이 바뀌어 제1열교환수단(32)은 응축기의 역할을 수행하고, 제2열교환수단(34)은 증발기의 역할을 수행한다.That is, unlike when heating, the function is changed so that the first heat exchange means 32 serves as a condenser, and the second heat exchange means 34 performs a role as an evaporator.
따라서 지열교환기(10) 및 하수열교환기(20)에서 흡열된 열에너지를 갖는 열전달 유체는 제1열교환수단(32)을 통과하면서 고온 고압의 냉매로부터 열에너지를 빼앗게 된다.Therefore, the heat transfer fluid having the heat energy absorbed by the geothermal heat exchanger 10 and the sewage heat exchanger 20 is deprived of heat energy from the high temperature and high pressure refrigerant while passing through the first heat exchange means 32.
이와 같이 열에너지를 빼앗긴 이 냉매는 팽창밸브(38)를 통과하면서 압력이 떨어져 제2열교환수단(34)에서 실내의 공기와 열교환하여 실내공기를 냉각하고, 자신은 증발하여 기체상태의 냉매가 된다.The refrigerant, thus deprived of heat energy, passes through the expansion valve 38 so that the pressure drops, and the second heat exchange means 34 exchanges heat with the indoor air to cool the indoor air, and the refrigerant evaporates to become a gaseous refrigerant.
그리고 기체상태의 냉매는 압축기(36)로 흡입·압축되어 다시 제1열교환수단 (32)으로 보내지면서 위와 같은 순환을 반복하게 된다.In addition, the gaseous refrigerant is sucked and compressed by the compressor 36 and sent to the first heat exchange means 32 to repeat the above cycle.
즉, 냉방작동시 열교환기(10)(20)의 열전달 유체의 열에너지가 히트펌프(30)의 냉매로 전달되고, 이 냉매는 응축, 팽창, 증발, 압축의 변화를 계속하면서 순환하여 냉방을 행하게 된다.That is, during the cooling operation, the heat energy of the heat transfer fluid of the heat exchanger (10) (20) is transferred to the refrigerant of the heat pump (30), and the refrigerant circulates to perform cooling while continuing to change the condensation, expansion, evaporation, and compression. do.
이와 같은 냉방작용이 이루어지면서 열전달 유체는 지열교환기(10) 및 하수열교환기(20)로 리턴하면서 위의 작용을 반복하게 된다. 이 과정에서도 지열교환기 (10)의 열교환 능력이 저하되면 난방시와 같이 하수열교환기(20)의 열에너지를 사용하는 시스템으로 바뀌게 된다.As the cooling action is performed, the heat transfer fluid returns to the geothermal heat exchanger 10 and the sewage heat exchanger 20, and repeats the above operation. In this process, if the heat exchange capacity of the geothermal heat exchanger 10 is lowered, the heating system changes to a system using heat energy of the sewage heat exchanger 20 as in heating.
이러한 냉난방시 지열교환기(10)와 하수열교환기(20)의 열원을 제어부(60)의 제어에 의하여 분배기(40)가 조절하여 어느 하나의 열원을 히트펌프(30)로 단독으로 공급하거나 또는 복합적으로 공급하여 최적의 냉난방을 행하게 된다.When the heating and cooling of the geothermal heat exchanger 10 and the sewage heat exchanger 20, the distribution unit 40 is controlled by the control of the control unit 60 to supply any one heat source to the heat pump 30 alone or multiple It is supplied by the air conditioner for optimal cooling and heating.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 지열을 주 열원으로 사용하고 하수열을 보조 열원으로 사용할 수 있도록 한 히트펌프시스템은, 지열과 하수열을 병행 사용할 수 있어 효율적인 냉난방을 행할 수 있음은 물론, 냉난방시스템을 운용하는데 별도의 비용이 더 소요되지 않으므로 냉난방시스템의 유지 및 운용비용을 최소화할 수 있다.As described above, the heat pump system using the geothermal heat according to the present invention as the main heat source and the sewage heat as the auxiliary heat source can use both the geothermal heat and the sewage heat in parallel to perform efficient cooling and heating. It is possible to minimize the maintenance and operation costs of the heating and cooling system since no additional cost is required to operate the system.
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